A talamusz sokáig meglehetősen alulértékelt része volt az agynak. A klasszikus nézet szerint ugyanis nem sokban járul hozzá azokhoz a funkciókhoz, amelyeket magasabb rendű agyműködéseknek szokás nevezni, nem vesz részt a gondolkodásban, az érzelmek szabályozásában. Mindössze fogadja a gerincvelőből érkező érzékszervi információkat, majd azokat továbbítja az agykéreg felé, ahol megtörténik a tényleges feldolgozásuk. E nézet szerint a talamusz nem több mint passzív átkapcsoló-, vagy

Ugyanakkor Mátyás Ferenc és kutatócsoportja már régóta azt feltételezte, hogy a talamuszban ennél jóval több van, és sokkal fontosabb feladatot tölt be az agyműködésben. Például az érzelmi töltetű ismeretek elraktározásában, vagyis a tanulásban.

Mandulamag és félelem

Mentorom, Acsády László csoportja már korábban kimutatta, hogy messze nem igaz, hogy a talamusz csak átkapcsolná az ingerületeket (idegi jelzéseket), hiszen ezért a működésért a talamusz alig egyharmada a felelős. A fennmaradó terület funkciójáról azonban sokáig szinte semmit sem tudtunk. Később az egerek közötti érzelmeket (az empatikus viselkedést) kezdtük kutatni, és akkor merült fel először, hogy a talamusz és az amygdala kapcsolata miatt előbbinek az érzelmi működésben is szerepe lehet

- mondta el az Indexnek Mátyás Ferenc, a Természettudományi Kutatóközpont Kognitív Idegtudományi és Pszichológiai Intézet munkatársa, aki a Nemzeti Agykutatási Program (NAP) támogatásával alakított saját kutatócsoportot.

Itt érdemes néhány fogalmat tisztázni. Az amygdala (vagy mandulamag) az emlősök agyának az érzelmi működésért, és legfőképpen az érzelmi töltöttségű tapasztalatok tanulásáért felelős része. Az amygdala dönti el, például a korábbi ismeretekre támaszkodva, hogy egy ingernek milyen érzelmi reakciót kell kiváltania bennünk, illetve más állatokban.

Az állatokban a legtöbb tanuláshoz kapcsolódik valamilyen érzés. Ez lehet pozitív, ha például élelmet talál, de gyakran negatív, ha valamilyen inger veszélyhelyzetből, például egy ragadozótól vagy más veszélyforrásból ered. Az amygdalának működéséhez szüksége van az érzékszervi információkra, hogy azokat a megfelelő érzethez tudja kötni.

A külvilági ingerek társítása (a tanulás) már a talamuszban (TH, kék) megtörténik, mely az amygdalán keresztül képes befolyásolni a viselkedési reakciókat (például a félelmet)

Fotó: Babiczky Ákos / Természettudományi Kutatóközpont

A korábban közismert tudományos modell szerint ez történik a félelmi reakciók esetén is: a talamusz továbbküldi például a ragadozó képéről vagy hangjáról az információt az amygdalának, amely ezeket egy érzettel (mondjuk fájdalommal) társítja. Máskor előkeresi, hogy milyen korábbi emlékei vannak a ragadozóról, és kiváltja a megfelelő érzelmi reakciót (leginkább a félelmet). Csakhogy ez a mostani eredmények fényében nem egészen így történik. A felfedezést ismertető tanulmány első szerzői Barsy Boglárka és Kocsis Kinga, és a Nature Neuroscience folyóiratban jelent meg.

Pavlov és a rettegés

A félelmi tanulás a klasszikus pavlovi asszociációs séma szerint működik, tehát az állat egyszerre kap egy (kezdetben) semleges hatású ingert (itt egy hangot), mellé pedig egy negatív, félelemkeltő stimulust (gyenge elektromos impulzust). Ő ezt a kettőt összekapcsolja, és később már pusztán a hang is kiváltja a félelmet. Ez Pavlov híres kísérleteiben úgy nézett ki, hogy a kutyáknak először mindig csengetés közben adtak enni. Így összekapcsolták a csengő hangját, mint semleges ingert az étellel, amely nyáladzást váltott ki náluk. Később már a puszta csengetésre is beindult a nyálelválasztásuk.

Az amygdalával kapcsolatban álló talamikus sejtek elhelyezkedése. A fotókon látható, hogy az amygdalába juttatott retrográd pályajelölő anyag (zöld) olyan sejteket jelölt meg, melyek a halló talamuszon kívül, a piros talamikus markerrel megjelölt területen helyezkedtek el

Fotó: Babiczy Ákos / Természettudományi Kutatóközpont

Ebbe a képbe szépen beleillett az, hogy az amygdala megkapja a hallott információt a talamusz hallási ingereket átkapcsoló részéből, és ezeket társítja a félelemhez. Csak ott a bökkenő, hogy kiderült: az amygdala nem kap a talamusz hallásért felelős részéből információt.

Az okozta nálam a végső lökést a talamusz félelmi tanulásban betöltött szerepe vizsgálatának irányába, amikor azt tapasztaltuk, hogy a talamuszból nem érkeznek hallási információk az amygdalába (azok csak az agykéreg felé indulnak tovább). Ezt onnan tudtuk, hogy Babiczky Ákos PhD-hallgatómmal megjelöltük mindazokat az idegpályákat  az egerek agyában, amelyek az amygdalába érkeznek, és a talamusz hallásért felelős részéből nem indultak ilyenek.

Emellett az sem volt ismert, hogy az amygdala mely részében történik a két inger társítása (tehát a tanulás lényegi része). Azt feltételezték, hogy az oldalsó területén, de ez inkább spekuláció volt, hiszen semmiféle kísérletes bizonyíték nem volt rá. Az amygdala teljes szerepe az asszociatív félelmi tanulásban tehát főként feltételezéseken alapult, de valójában semmilyen megalapozott tudásunk nem volt róla. Most úgy tűnik, hogy

A magyar agykutatók megvizsgálták, hogy vajon a talamusz sejtjei közül azok, amelyek kapcsolatban állnak az amygdalával, a hang- vagy a fájdalomingerre, esetleg a kettő társítására reagálnak-e jobban és gyorsabban. Magyar Aletta és a kutatócsoport más tagjai úgy találták, hogy a társított ingerek váltják ki a legerősebb hatást.

Vagyis a talamuszból már a fájdalom és a semleges inger összekapcsolásából származó információ együttesen jut az amygdalába, nem pedig külön-külön, ahogy eddig feltételezték. Magyarul a tanulás jelentős része (a két inger társítása) már a talamuszban megtörténik. Ez anatómiai vizsgálataink szerint a talamusz különleges, az agy ősibb részeiből (agytörzsből és középagyból) érkező bemeneteiknek köszönhető.

Mocskos pálya

De akkor mit csinál valójában az amygdala? - tették fel egyébként a tanulmány bírálói is a kérdést, hiszen rengeteg olyan irodalmi adat van, amely azt valószínűsíti, hogy az amygdalában történik az érzelmi jelentőségű ingerek társítása.

Mátyás Ferencék úgy gondolják most, hogy az amygdalában a gyors félelmi tanulás nem, de sok más ingertársítás azért történhet, hiszen az agyterület szinte minden más magasabb rendű régióból kap információkat. Például egy aktuálisan társított inger összevetése korábbi emléknyomokkal. A félelmi reakciók talamuszbeli feldolgozásának evolúciós szerepe valószínűleg a gyorsaságában rejlik. Az onnan jövő információ

Ez sok esetben az állat életét is megmentheti, ha egy ragadozóról van szó, és azonnal menekülni kell előle (vagy más esetekben mozdulatlanná kell válni, mert a ragadozó főként a mozgásra figyel).

A talamuszból kiinduló félelmi pálya gyors, de pontatlan (angolul ezt dirty-nek, vagyis nyersnek, nem kifinomultnak szokás nevezni). A szerepe nem az, hogy az állat jól átgondolja, hogy az adott inger valóban negatív-e, és az összes körülményt figyelembe véve indokolt-e, hogy esetleg úgy döntsön, hogy eliszkol a helyszínről vagy védekező magatartással válaszol.

Ehelyett gondolkodás nélkül félreugrik vagy mozdulatlanná válik, majd amikor később (néhány tized, századmásodperc múlva) az információ az agykéregbe, és más agyterületekre is eljut, még ráér elgondolkodni rajta. Bizonyos jelek arra is utalnak, hogy esetleg a pozitív élmények tanulásában is lehet szerepe a talamusznak. Ugyanakkor ezeknél sokkal kevésbé fontos a gyorsaság, mint az esetlegesen menekülést igénylő ingereknél.

Lámpa kapcsol fel az agyban

A kutatásban fontos szerepet töltött be a célzott optogenetika. Ennek az eljárásnak az alapját egy algafajból kivont fehérje adja. Ez a fehérje nagyon hasonlít az emlősök idegrendszerében is megtalálható ioncsatornákhoz (ezek biztosítják az idegsejtek elektromos kommunikációjához szükséges ionáramlást), azonban van egy különleges tulajdonsága: ez az ioncsatorna csak megfelelő hullámhosszúságú fény hatására nyílik vagy zárul.

Optogenetikai kezelés alatt álló kísérleti egér

Fotó: Williams & Deisseroth 2013 / PNAS

E fényérzékeny ioncsatornákat be lehet juttatni az idegrendszer meghatározott idegsejtjeibe (például az amygdalával kapcsolatban álló talamuszsejtekbe), és ezután lézerek segítségével lehetőség nyílik ezeknek az idegsejteknek a célzott ki- vagy bekapcsolására, élő kísérleti állatokban is. Ehhez apró, néhány mikrométer vastagságú üvegszálakat ültetnek az egerek agyába, és így egy-egy idegsejt csoportot külön-külön tudnak ki-be kapcsolni. Ma már létezik ennek vezeték nélküli,

A kísérletben egereket tanítottak arra, hogy félniük kell egy hangtól. Bizonyos állatoknál azonban fénnyel blokkolták a talamuszból az amygdalába induló idegpályákat a tanulás alatt. Utóbbiak nem tudták megtanulni, hogy a hangtól félni kell. Az állatokban nem alakult ki semmiféle emléknyom a félelmet kiváltó eseményről. Ez azt bizonyítja, hogy a talamusznak alapvető szerepe van a félelmi tanulásban.

A talamikus pálya optogenetikai gátlása az amygdalában megakadályozza a kísérleti állat hanginger kiváltotta félelmi magatartását (ledermedését). A gátolt állat mozgás-aktivitása (piros) a naiv, nem kondicionált állatához hasonlít, és sokkal intenzívebb, mint a nem gátolt, kontrol állaté (a teljes mozdulatlanság a félelem jele)

Fotó: Természettudományi Kutatóközpont

Ezen eredmények rávilágítanak a talamikus pályák fontosságára az érzelmi magatartásformák szabályozásában, ami a későbbiekben akár új terápiás lehetőségeket teremthet szorongásos és depressziós kórképek kezelésében.

(Borítókép: BSIP/Universal Images Group via Getty Images)