Hogyan látják az idegsejtek a világot? A kódolás trükkjei.
Az agyműködés megértéséhez az egyik kulcs annak megértése, hogy mi az a kódolás, mi az hogy reprezentáció? Hogyan képződik le a világ, a feladatok és a megoldások az agyban. Ezt járjuk most egy kicsit körül.
A dolog aktualitását az adja, hogy Újfalussy Balázs (ELKH-KOKI) és Orbán Gergő (ELKH-Wigner) meglehetős sikerrel járták körbe azt a kérdést: „hogyan kódolja az egér agya a lehetséges döntések bizonytalanságát”, ugyanis munkájuk eredményét az eLife című online folyóirat megjelentette. A KOKI weboldalán írunk a cikkről. Azonban úgy gondoltam mielőtt valaki azt elolvasná érdemes egy kis alapozást tartani.
A legkönnyebben emészthető példa hogyan kódolják a szemünk recehártyájában (retina) található csapok és pálcikák amit éppen látunk. Körülbelül ugyanúgy, mint egy digitális fényképezőgép. A fényképezőgépben a lencserendszer a tárgyról érkező képet a CCD kamera felszínére vetíti. A kamera minden egyes pixelére a kép egy pontja jut és a beérkezett fény mennyiségével arányos elektromos jel keletkezik. A képet a CCD chip tehát elektromos jelszintek táblázatává alakítja, amely pedig a memóriakártyán számok táblázataként raktározódik. A külvilág képét tehát egy szám-mintázat le tudja írni.
Ugyanígy, szemünkben az egyes csapok és pálcikák aktivitásmintázata reprezentálja (írja le, kódolja) a külvilágot. Ez egy nagyon egyszerű reprezentáció. De ahogy végigsétálunk agyunkban a látóingert szállító idegpályákon, az információ több helyen is átkapcsolódik. Először a thalamusba kerül, onnan az elsődleges látókéregbe, majd onnan egyre magasabb látó és asszociációs agyterületekre. Az átkapcsolások során az információ mindig kicsit másképp kódolódik (új nyelvre fordítódik). A V1-ben (elsődleges látó, azaz Vizuális kéreg) található egyes idegsejtek akkor kapcsolódnak be (aktiválódnak) ha a retina megfelelő területén megfelelő irányú (ferde, vízszintes, függőleges) sötét/világos határvonalat érzékelnek. Ennek felismeréséért kapta Hubel és Wiesel az 1981es élettani Nobel díjat. A sejteknek azt a tulajdonságát, hogy a látótér egy bizonyos pontján egy bizonyos irányú vonalra érzékenyek érzékelő mezőnek (receptive field) nevezik. Ahogy a látókérgekben a képfeldolgozás előrehalad, ezek az érzékelő mezők is egyre bonyolultabbak lesznek és függetlenné válnak az aktuális kép tónusától, színétől, fényerejétől, a kép állásától. A magasabb szinteken élek helyett sarkokat, szögeket, formákat érzékelnek a sejtek. A többi érzékszervből is hasonló feldolgozási lépcsőfokokon keresztül halad végig az információ. Egy ponton a különböző érzékszervekből érkező információk összefutnak és egy, az összes érzéket összefogó élménnyé alakulnak. Ez a terület a hippokampusz, az itt található idegsejtek érzékelő mezői különböző élményeket, helyzeteket, szituációkat azonosítanak. Én most épp a szobámban ülök, már este van, sötét, a radiátor kellemesen meleg, érzem a készülő vacsora illatát. Ezt mind az agykérgem részét alkotó hippokampuszom sejtjei kódolják. A hippokampusz működését legegyszerűbb patkányokban és egerekben vizsgálni. Mivel ők hulladékevő állatok ezért életük nagy részét a táplálék felderítésével töltik, sokat mozognak viszonylag összetett környezetben. Ezekben az állatokban a leggyakoribb szituáció, hogy valahol elhelyezkednek a térben. Hippokampuszukban a szituációkat kódoló sejtjeik érzékelő mezejét térbeli-mezőknek, angolul „place field”-eknek, a reagáló sejteket hely-sejteknek nevezik.
A kutatók feltételezik, hogy a theta hullámok alatt az állat a memóriájából előhívja azt, hogy az aktuális helyszínhez (élményhez) milyen dolgok társulnak (jó, rossz), illetve kicsit előre is gondolkodik, hogy mi lehet a közelben, merre érdemes menni. A hippokampuszban egy pillanatban egyszerre működő sejtek mintázata egy külső megfigyelő számára kb. olyan érthetően kódolja a külvilágot, mint a Mátrixban a képernyőn lefelé sodródó zöld hieroglifák a Mátrixban zajló történéseket. Nekünk idegen, de a patkány agyának élményszerűen írja le a történéseket, mint ahogy az áruló operátor Cypher számára is képpé alakultak a hieroglifák.
Amikor érzék-mezőkről és helysejtekről beszélünk fontos kiemelni, hogy egy-egy kép, térbeli hely vagy egy élmény érzékelésekor sohasem egyetlen idegsejt aktiválódik, hanem sejtek nagyobb csoportjai. A feldolgozás során ezek a sejtcsoportok más sejtcsoportokat aktiválnak és ha már megfigyeltük egy ideig a sejtek viselkedését, 