A rejtett agyra is szükség van a tanuláshoz
Agysejtjeinknek csak mintegy tizenöt százalékát alkotják az idegsejtek, a többi részt az úgynevezett gliasejtek teszik ki. A szakemberek között nagyon sokáig tartotta magát az a nézet, hogy ezek a sejtek csupán az agy szerkezetének kialakításában vesznek részt, ám a legutóbbi vizsgálatokból kiderült, hogy fontos szerepet játszanak a neuronok működésének szabályozásában és a tanulásban is.
A Föld egyik legrejtélyesebb dolga a két fülünk közt helyezkedik el. Bár az utóbbi években rohamosan bővült tudásunk az aggyal kapcsolatban, még mindig jóval több a titok, mint a megoldott kérdés. Az aggyal kapcsolatos felfogásunk egészen a közelmúltig egy évszázados elképzelésre, az úgynevezett neuron doktrinán alapult. Ez az elmélet azt állítja, hogy az idegrendszer összes információját elektromos impulzusok szállítják a szinaptikus kapcsolatokkal összekötött neuronok hálózatán keresztül. Ezen az alapelven azonban mély repedések keletkeztek.
Több funkciójú gliasejtek
Az új kutatások bebizonyították, hogy bizonyos információk teljesen megkerülik a neuronokat, ráadásul elektromosság nélkül áramlanak az úgynevezett gliasejtek hálózatán át. Ezek az új tanulmányok fenekestől felforgatták ismereteinket, amelyeket idáig az agyfunkciókról szereztünk az egészséges és a beteg szervezetben. Választ adtak viszont – legalábbis részben – olyan régi fejtörőkre, hogy miként emlékezünk és tanulunk.
A gliasejtek kölcsönhatásban állnak a neuronokkal, szabályozzák őket és velük karöltve működnek. Szinte megszámlálhatatlan az a feladat, amelyet ezek a különös sejtek betöltenek az idegrendszerben. A csillag alakú asztrociták idegi átvivő anyagokat, táplálékot és hulladékanyagot szállítanak. A polipszerű oligodendrociták és a virsli alakú Schwann-sejtek hüvelyként burkolják a neuronokat, felgyorsítva ezzel az elektromos jelátvitelt, és az egész testben segítenek az izom-összehúzódások szabályozásában. Az ágas-bogas alakútól az amőbaszerű megjelenésig különböző formákat öltő mikrogliasejtek válaszolnak először az agyban a sérülésekre és a betegségekre. Elpusztítják a támadó kórokozókat és elkezdik a javítást.
Különösen izgalmasak azok az új kutatások, amelyek a gliasejtek központi szerepét igazolják az információfeldolgozásban, a neurológiai rendellenességekben és a pszichiátriai betegségekben. Bizonyos gliasejtek felgyorsítják az információáramlást az agy távoli területei között, ami segítséget nyújt számunkra, hogy uraljuk az összetett kognitív (gondolkodással kapcsolatos) folyamatokat.
Más gliasejtek lebomlanak a kor előrehaladtával és a működésképtelenségük elbutuláshoz vezet. Ezek a kutatások nagy horderejűek nemcsak annak megértéséhez, hogyan működik az agy, hanem a neurobiológiai és pszichiátriai betegségek új kezelési módjainak kifejlesztésében.
Egyre gyűlnek a bizonyítékok, hogy a gliasejtek szerepet játszanak az információfeldolgozásban is. A neuronokkal ellentétben – amelyek szinapszisok láncán keresztül, sorosan kommunikálnak egymással, a gliasejtek széleskörűen terítik jeleiket a mobiltelefonokhoz hasonlóan.
A rejtett agy szerepe a tanulásban
A neuronok elektromos kommunikációja meglehetősen gyors, az információ pár ezredmásodperc alatt átcikázik az ideghálózaton. Ezzel szemben a gliasejtek kémiai kommunikációja nagyon lassú, árhullámként terjed az idegszövetben másodperces vagy tízmásodperces nagyságrendű tempóban. Bizonyos válaszoknál nélkülözhetetlen a gyors válasz, ilyen például a fájdalomra adott gyors reflexszerű távolító reakció. Az agyban azonban sok fontos folyamat hosszabb időszakok alatt játszódik le.
Ezek nagyon fontosak a tanulásban. Az új agyi képalkotó technikák feltárták, hogy miután valaki megtanult játszani egy hangszeren vagy olvasni, vagy zsonglőrködni, szerkezeti változások következtek be az e kognitív funkciókat irányító agyterületeken. Figyelemreméltó, hogy változások azokon a területeken láthatók, ahol nincsenek teljes neuronok, azaz a fehérállomány területén, amelyet a fehér, elektromos szigetelőanyaggal, a mielinnel borított idegrostok (axonok) kötegei alkotnak. Korábban az összes tanulási elmélet azt állította, hogy az új információkat kizárólag a szinaptikus kapcsolatok megerősítésével építjük be, a fehérállományban azonban nagyon kevés szinapszis található. Egyértelmű, hogy valami más történik.
Douglas Fields, az amerikai Nemzeti Egészségügyi Intézet (National Institutes of Health, NIH) vezető idegtudományi szakértője tíz éve foglalkozik laboratóriumában a gliasejtekkel. Egy új festési eljárással láthatóvá tette az ingerületátvivő anyagok áramlását az idegszövetekben. Kiderült, hogy az axonok (a hosszú idegnyúlványok) nemcsak a szinapszisoknál szabadítanak fel ingerületátvivő anyagokat, hanem azok a membránjukon keresztül is átjutnak. Ennek hatására változások következnek be az idegrostokat körülvevő mielinhüvelyben, amelyet a gliasejtek alkotnak. A kísérletek azt mutatják, hogy az agy különböző tanulási központjai között lejátszódó igerületátvitel felgyorsítása révén ezek a gliasejtek nélkülözhetetlen szerepet töltenek be a tanulásban.
A gliasejtek és a betegségek
A gliasejtekről az utóbbi időben kiderült, hogy jelentős szerepet játszanak számos neurobiológiai és pszichés betegségben az epilepsziától kezdve a krónikus fájdalomig és depresszióig. A közelmúltbeli kutatások igazolták, hogy sok neurológiai betegség valójában a gliasejtek – elsősorban a mikrogliasejtek – betegsége. Ez logikus, hiszen a mikrogliasejtek feladata az agy megvédése a betegségektől. Ezek a speciális sejtek felkutatják és elpusztítják a bejutó kórokozókat, és elősegítik a sérülés utáni felépülést. Eltakarítják a megbetegedett szöveteket, és a javítást serkentő hatékony vegyületeket bocsátanak ki.
Az új kutatásokból egyes kutatók azt a következtetést vonták le, hogy az Alzheimer-kórral együtt járó szellemi leépülés annak a következménye, hogy egyes mikrogliasejtek elveszítik képességüket a hulladékanyagok eltakarítására. Először maga a betegség leírója, Alois Alzheimer vette észre, hogy a betegséget olyan mikrogliasejteknek a jelenléte jellemzi, amelyeket amiloid plakkok vesznek körül. A normális működésű mikrogliasejtek megemésztik az ezeket a plakkokat képező mérgező fehérjéket. Wolfgang J. Streit, a Floridai Orvosi Egyetem idegtudósa és más kutatók azonban legújabb tanulmányaikban annak a véleményüknek adnak hangot, hogy a mikrogliasejtek gyengébbé válnak az életkor előrehaladásával és elkezdenek degenerálódni. Mikroszkóp alatt látható is a sorvadás. Az öregedő mikrogliasejtek sok sejtágukat elvesztik, töredezetté válnak az idősödő agyszövetben. A szövetkárosodás pedig – egyelőre – megállíthatatlanul terjed szét az egész agyban.
Az a felfedezés, hogy az Alzheimer-kórral járó elbutulás fő oka a mikrogliasejtek és nem az idegsejtek degenerációja, segíthet az új gyógymódok kifejlesztésében, ha a kutatók rájönnek, miért öregednek meg a mikrogliasejtek egyes idősödő emberekben, és miért maradnak működőképesek másokban.
A Scientific American Mind cikke nyomán