"A bölcsnek szemei vannak a fejében"
Préd. 2.15
Az elmúlt évtizedekben a látással foglalkozó kutatók egyre több információt szereztek a látás központi idegrendszeri folyamatairól. Cikkemben ezeket, a legsz?kebb értelemben vett idegtudományokon sok esetben túlmutató és nemritkán filozófiai kérdéseket is feszeget? új eredményeket kívánom összefoglalni.
Sokak elképzelése szerint, hogy ahhoz, hogy tökéletesen lássuk a világ dolgait, történéseit, nincs szükségünk másra, mint a megfelel? optikai apparátusra, azaz egészséges szemekre. A természettudományok és ezen belül is az idegtudományok iránt jobban érdekl?d?k esetleg azt is tudják, hogy az agykéreg nyakszirti lebenyén található egy kéregterület (az ún. látókéreg), melynek sérülése látáskárosodáshoz vezet. Egészen mintegy negyven évvel ezel?ttig az orvosi tankönyvek is ezt az egyetlen agykérgi területet tartották felel?snek a képalkotásért és körülvev? dolgok felismerésért. Az elmúlt három évtized intenzív kutatásainak eredményeképpen azonban mára kiderült, hogy a f?eml?sök teljes agykérgének mintegy 50 %-a szerepet játszik a vizuális érzékelésben. Következésképpen a körülvev? világ észlelése nem kizárolagosan egyetlen optikai és idegrendszeri apparátus eredménye, hanem számos, egymástól elkülönült, független funkcióval rendelkez? terület bonyolult együttes m?ködésének eredménye.
Azok a tanulmányok, amelyek a látás központi idegrendszeri folyamatait célozzák meg, els?sorban macskákon és majmokon folynak, mivel ezen fajok ugyanúgy vizuális lények, mint az ember és látórendszerük számos hasonlóságot mutat az emberéhez, így a rajtuk nyert adatok feltehet?en érvényesek az emberre is.
Az elmúlt évtizedek során a látásban szerepet játszó struktúrákról kiderült, hogy jól szervezett alá- és fölérendeltségi viszonyok szerint kapcsolódnak egymáshoz. A látópálya egyes részeit anatómiai és élettani tulajdonságaik alapján feldolgozási szintekre lehet osztani: egy adott szint a szem ideghártyájához közelebbi területekr?l kapja bemenetét és az attól távolabbi területek felé továbbítja azt. Horace Barlow nevéhez f?z?dik az az elmélet, amely ezen az alá-fölérendeltségi viszonyon alapulva magyarázza a látás élményét. Ahogy haladunk a magasabbrendű látoterületek felé, két általános rendező elvet vehetünk észre.
Egyrészt a látópálya egyes részei (a szem ideghártyájától az agykéreg magasabbrend? területei felé haladva) egyre bonyolultabb módon reprezentálják az objektív valóságot. Ez azt jelenti, hogy az egyes szinteken található idegsejtek számára optimális fényinger (az az inger amely legnagyobb frekvenciával vált ki az adott idegsejtb?l akciós potenciálokat) egyre bonyolultabb lesz.
Másrészt a magasabbrendű területek felé haladva az idegsejtek a látótér egyre nagyobb darabjára tudnak reagálni. Mig a szem ideghártyáján a sejtek receptív mezeje (tehát a látótér azon darabja, amelyb?l érkez? jöv? fényinger az adott idegsejtet aktiválja) igen kicsi, pontszer?, addig a hozzájuk kapcsolódó idegsejtek (amelyek a látóideget alkotják, majd a köztiagyban található ún. térdestest neuronjai is) receptív mezeje kissé nagyobb, köralakú és már egyszer? szervez?dést is mutat: i.e. nem mindegy, hogy a fény a receptív mez? közepére vagy a szélére esik. Mindkét fenti tendencia érvényes magában az agykéregben is.
Az agy hátulsó részén, a nyakszirti lebenyben található az az agykérgi terület, amit sokáig kizárólagosan “látókéregnek” neveztek. Ezen kéregterület idegsejtjeinek több típusa van. Minden idegsejt receptív mezeje egyre nagyobb és bonyolultabb szervez?dés?. Mint Hubel és Wiesel 1968-as, Nobel díjas munkájukban kimutatták, a bonyolultabb receptív mezej? idegsejtek mindíg levezethet?ek több, konvergens, alacsonyabbrend? idegsejtb?l. Általában ezen idegsejtek optimális fényingere egy adott irányú és megfelelő irányban mozgó hosszúkás fénycsík. Err?l, a ma els?dleges látókéregnek nevezett területr?l az információ további (másod-, harmad-, negyedleges stb.) látókérgi területekre jut. Ezeken a magasabbrend? agykérgi területeken az idegsejtek számára a leghatásosabb fényinger általában már valamilyen bonyolultabb alakzat: leegyszer?sített geometrikus ábra (négyzet, háromszög stb), illetve egészen komplex vizuális inger, mint egy kéz vagy egy emberi arc (egy adott irányban lassan mozgo) képe.
Az elméletileg lehetséges legmagasabb szinten tehát olyan idegsejtek lennének fellelhet?ek, amelyek egy adott, konkrét tárgy vagy személy receptív mez?be kerülése esetén aktiválódnának. Ez utóbbi idegsejtet nevezték el “nagymama-sejtnek”, vagy “sárga volkswagen-detektornak”, mivel az csak és kizárólag akkor jönne m?ködésbe, amikor az illetö nagymamája, avagy egy sárga bogárhátú VW kerülne receptív mezejébe. Ez az idegsejt mindíg aktiválódna, ha az általa kódolt tárgy, dolog, személy a látóterünkbe, és így az idegsejt receptív mezejébe kerülne. Az ilyen idegsejteket vonás-detektoroknak nevezzük, mivel a látott kép egy vonása (pld. az adott gépkocsi megléte) határozza meg, hogy ingerületbe jönnek-e avagy sem.
Ezt az elméletet látszik alátámasztani az, hogy az agykéreg legmagasabb szintjein valóban léteznek idegsejtek amelyek optimális ingere igen komplex, pld. egy emberi arc. Ugyanakkor számos kísérleti adat és elméleti megfontolás mond annak ellent, hogy ezek az idegsejtek valóban “nagymamasejtek” lennének. Egyrészt ezek az idegsejtek nemcsak akkor aktiválódnak ha egy adott személy (pl. a nagymamánk) jelenik meg receptív mezejükben, hanem számos különböz? személy arcára is reagálnak - igaz, eltér? mértékben (1. Ábra). Másrészt mi történik pld. ha az adott idegsejt elpusztul? Elfelejtjük az általa “tárolt” dolgot, jelen esetben a nagymamánkat? A válasz természetesen nem. További probléma az elmélettel az, hogy az olyan dolgokat is el tudjuk képzeni és adott esetben felismerni, amiket el?z?leg még soha életünkben nem láttunk: létezhet-e pl. olyan idegsejt az agyunkban amelynek egy norvégmintásra festett nyolckerek? Trabant limuzin az optimális ingere? Egyértelmű “nem” a válasz. Könnyen belátható tehát, hogy a lehetséges dolgok végtelen változatossága számban felülmúlja az agy idegsejtjeinek nagy ( kb 109), de mégiscsak véges számát. Az ilyen “vonás-detektorok” megléte tehát nemcsak számítástechnikailag valószín?tlen, de evoluciós szempontból is el?nytelen lenne.
Hogyan ismerjük fel akkor mégis a dolgokat? Az alá és fölérendeltség mellett igaz a látórendszerre az információ párhuzamos feldolgozása is. Ez azt jelenti, hogy az információ a szem ideghártyája és az agykéreg között nem egyetlen, kizárólagos úton, hanem több, párhuzamos pályarendszeren halad. A látott kép különböz? tulajdonságai (pl. a tárgyak alakja, színe, mozgásuk paraméterei, tér- és mélységbeli elhelyezkedésük stb.) két, egymástól független pályarendszeren át kerülnek az agykéreg különböz? területeire.
Az egyik ilyen nagy pályarendszer a tárgyak térbeli elhelyezkedésér?l, mozgásáról szolgáltat információt. Mivel ez a pályarendszer els?sorban arról ad információt, hogy az éppen látott dolog hol található és merre mozog, ezt a pályarendszert “HOL?” rendszernek nevezik (2. Ábra). Ezen rendszer feladata a térbeli tájékozodás, a mozgás közbeni orientácio biztositása, ugyanakkor ez a rendszer nem érzékeny a dolgok alakjára és szinére. Mivel emberben ez a rendszer az agy felső részén halad, dorzális (háti) rendszernek is hivják.
A másik pályarendszer idegsejtjei ugyanakkor nem arra érzékenyek, hogy a látott tárgy vagy személy hol van és mozog-e, hanem arra, hogy mi az. Ezt a rendszert ezért “MI?” rendszernek nevezik (emberben az agy hasi, ventrális oldalán halad, innen a ventrális rendszer elnevezés). Idegsejtjei érzékenyen reagálnak a látott tárgy szinének, alakjának legaprobb változásaira is. Ezen rendszer legmagasabbrendű tagjai lennének a már emlitett arc-szelektiv idegsejtek is.
Adódik a kérdés, hogy akkor hogyan vagyunk képesek pld. egy mozgó szines autó felismerésére, amikor annak mozgását és szinét különbözö idegrendszeri struktúrák kódolják? Természetesen ahhoz, hogy a környező világot a megszokott modon érzékeljük, az kell, hogy egy adott tárgy, dolog különböző tulajdonságait ne elkülönülten lássuk, hanem a látott kép különböző tulajdonságait integrálva, azokat összekapcsolva, egységes képet alakithassunk ki. Ezt teszi lehetővé a “MI?” és “HOL?” pályarendszerek közti szoros kapcsolat, hiszen a két rendszer nem egymástól elkülönülten, hanem kölcsönösen és sokszorosan összekapcsoltan müködik.
Ugyanakkor embereken, ún. pozitron emissziós tomográfiás eljárással végzett vizsgálatok szerint még a legegyszerübb vizuális inger vagy feladat sem csak egyetlen, jól körülhatárolható agykérgi területet aktivál, hanem minden esetben az agykéreg számos területe, tehát egy egész idegi “hálózat” kerül működésbe.
Mindezeket figyelembe véve akkor tehát HOL, azaz inkább HOGYAN történik a megtapasztalt világ felismerése? Hogyan (és egyáltalán: MENNYIRE?) kötődik egyes adott idegrendszeri strukturákhoz, illetve élettani jelenségekhez? Ezek a mai idegtudományi kutatások legizgalmasabb és egyben legérzékenyebb kérdései. A válasz talán már nem is várat sokáig magára.