A tengericsikó meséje I: A hippokampusz kapcsolatrendszere és működési módjai

Az agykutatók kedvenc agyterülete. Egyrészt, mert bár szerveződési alapelvei megegyeznek a modern 6 rétegű neocortexével, csak egy rétegben vannak benne serkentősejtek (3, helyenként 4 denritikus réteget alkotva), és ezért egy remek egyszerűsítette modellje annak. Másrészt, számos idegrendszeri betegségben, mint például az Alzheimer kór és halántéklebenyi epilepszia érintett. Mindkét fenti érv alapjául szolgált annak, hogy kutatásaim során miért a hippokampusszal foglalkoztam. A vizsgálódásaimat vezető kérdésem az volt, hogy:

"A serkentő és gátlósejtek kölcsönhatásából hogyan alakulnak ki a hippokampuszban megfigyelhető aktivitás mintázatok?"

Először anatómusként azt vizsgáltam, milyen gátlósejt típusok találhatók a hippokampuszban, ezek milyen szabályok szerint kapcsolódnak a hálózatba, majd élettanászként azt, hogy ezek hogyan befolyásolják a serkentősejtek működését, valamint a serkentő-gátló kölcsönhatások, hogyan vezetnek az agyműködés közben megjelenő egyes (eltérő magatartási állapotokban eltérő feladatokat megoldó) aktivitásmintázatok kialakulásához.

A hippokampusznak, durván, 3 alterülete van, melyek egymásnak továbbítják az információt: a gyrus dentatus nevű részébe érkeznek be, elsődlegesen az entorhinális kéregen keresztül, az egyes érző agykérgek felől a magasan feldolgozott jelek. Ezek itt a szemcsesejteken végződnek, melyek aztán az információt továbbküldik a CA3-al jelölt terület piramissejtjei felé, akik feldolgozás után az információt tovább pattintják a CA1 terület piramissejtjeinek, akik végül a hippokampusz kimenetét adják. Ezt hívják tri-szinaptikus huroknak, három-szinapszisos körnek, hiszen a kéregből érkező információ 3 hippokampális átkapcsolás után, feldolgozva visszakerül a kéregbe.
A szemcse és piramissejtek serkentősejtek, kapcsolataik a Hebb szabály szerint módosulnak, tanulnak. Ez idáig egy egyszerű 3 rétegű előrecsatolt hálózat lenne, de a dolog ennél bonyolultabb. Egyrészt mind a CA3 mind a CA1 sejtek közvetlenül is kapnak bemenetet az entorhinális kéreg felől, távoli denrtiágaikra, így a közvetlen és már előfeldolgozott érző információkat integrálják. Másrészt, a CA3 terület sajátossága, hogy serkentő sejtjei között az agykéregben egyedülállóan erős kölcsönös kapcsolat, visszacsatolás figyelhető meg. Ez lehetővé tesz bizonyos fajta visszacsatolt feldolgozást, de sajnos ezáltal a hippokampuszt hajlamossá teszi az aktivitás túlgerjedésére. Nem véletlen hogy a temporális (halánték) lebenyből ered az epilepsziák jelentős része. Ennek elkerülésére, mint az agykéreg más részein is, a serkentősejtek közé 10-15% gátló sejt keveredik. Fentebb részleteztük, hogy ezek egy része, a sejttesten végződő gátlósejtek (kosár és axo-axonikus sejtek), a sejek tüzelési küszöbének szabályozásában, illetve a sejek működésének összehangolásában fontosak. Másik részük, a dendritekre érkező számos gátlósejttípus, pedig a dendritikus jelek integrációjában, az eltérő bemenetek súlyozásában és a szinaptikus plaszticitás (tanulás) hatékonyságának szabályozásában fontos.

Azt hogy melyik gátlósejt mikor és hogyan működik, nem csak a bemenetek és a serentő sejtaktivitás erőssége, hanem a kéreg alatti területekről érkező moduláló bemenetek is szabályozzák. Ezek a bemenetek azáltal befolyásolják igen hatékonyan a hálózatok feldolgozási módját, hogy a több ezer serkentősejtet ellenőrző gátlósejt csoportok működését hangolják.

Egy szemléltető párhuzam erre, a forgalmi rendőrök munkája. Alapesetben figyelnek a gyorshajtókra, ellenőrzik a forgalmi engedélyt és hogy van-e nálunk láthatóság mellény. Alkalmanként, például húsvétkor, azt mondja a főnökük (kéreg alatti terület), hogy most aztán igen alaposan figyeljenek az ittas vezetőkre (serkentősejtek), tartsan rendszeres szondás ellenőrzést. Ezzel aztán sok autós viselkedését tudják befolyásolni. Máskor, mondjuk egy biztonságnövelő kampány keretében, ellenőrzik a láthatósági mellények használatát, vagy fokozottan mérik a sebességet az iskolák környékén. Egy központi utasítás hatására viszonylagkevés rendőr a sok autós viselkedését hatékonyan tudja módosítani.

Egy korábbi fejezetben ismertettem, hogy a hippokampusz fontos a hosszútávú memória kialakításában. Éber állatban alapvetően két EEG mintázatot lehet elvezetni annak hippokampuszából. A felderítő, mozgó, bogarászó állatban theta aktivitás figyelhető meg, melyeket bizonyos fázisaiban gamma hullámok díszítenek. A theta (felderítés) alatt két állapot váltogatja egymást, hogy a hippokampusz két feladatot tudjon megoldani egyszerre. Egyrészt az állat a korábban tanultak alapján előhívja, hogy merre is kellene menni (előhívás, számítás), másrészt elraktározza a rövidtávú memóriában, hogy épp merre halad az állat (tárolás).

Amikor az állatot valami fontos inger éri, a mediális szeptum nevezetű területről induló moduláló pálya működése megváltozik, melynek hatására a hippokampusz aktivitása átkapcsol és a theta hullámokat éles-hullám-fodor aktivitás (sharp-wave ripple, SWR) váltja fel. Ezek szabálytalan időközönként megjelenő gyors, összehangolt sejtkisülésekből erednek, mely kisülések alatt a sejtek magas frekvencián (160Hz) együtt sülnek ki (ezek és a szinkronitást okozó gátlás okozza a fodor (ripple)) aktivitást az EEGben. Az éles hullámok alatt időben tömörítve visszajátszódnak azok a serkentő sejt aktivitás mintázatok, amik a megelőző theta ciklusok alatt megtörténtek. A közelmúlt rövidtávú memóriája összeáll egy eseménysorozattá, és visszajátszódik, hogy bekerüljön a hosszútávó memóriába. Lásd: autó biztonsági kamerája ami folyamatosan felveszi az úton történteket, hogy azokat szükség esetén elmenthessük és visszajátszhassuk.

No de felmerül a kérdés, hogy: Hogyan tud ugyanaz a hippokampáis idegsejthálózat több különböző aktivitásmintázatot előállítani?

Szerző: Gulyás Attila