Az agy titkos élete

Agyunk akkor is gőzerővel dolgozik, amikor mi pihenünk. Az ekkor aktívvá váló agyterületeket többnyire az ábrándozással hozzák összefüggésbe, sokak szerint ez csak a jéghegy csúcsa.

1953-ban egy Louis Sokoloff nevű fizikus felfektetett egy 20 éves egyetemi hallgatót egy hordágyra, elektródákat helyezett a fejbőrére, és egy fecskendőt szúrt a nyaki verőérbe. A kísérleti alany 60 percen át feküdt ott számtani feladatokat oldva meg, mialatt Sokoloff figyelemmel kísérte az agyhullámait, és mérte vérének oxigén és széndioxid szintjét. A philadelphiai Pennsylvania Egyetem kutatója azt próbálta kideríteni, mennyi energiát fogyaszt az agy, amikor erőteljes gondolkodásra kényszerítjük. Ahogy legtöbben, ő is azt várta hogy agyunk sokkal több oxigént emészt fel a matematikai problémák megoldásához, mint amikor az ember relaxál. Az eredmény megdöbbentette. Alanyának agya a számtani feladatok megoldásakor semmivel sem fogyasztott több oxigént, mint amikor becsukott szemmel pihent az ágyon.

Az emberek sokáig tekintettek úgy az agyra, mint egy készenléti üzemmódban pihenő számítógépre, ami egészen addig szunnyad, míg valami feladatot nem kap, legyen az egy egyenlet megfejtése, egy újság elolvasása, vagy egy arc keresése a tömegben. Sokoloff kísérlete elsőként nyújtott betekintést a valóságba, mely szerint agyunk igen nyüzsgő magánéletet él. Ez az elképesztő szerv, ami mindössze 2 százalékát teszi ki testünk tömegének, miközben az általunk bevitt kalóriák 20 százalékát fogyasztja el, az energia nagy részét elherdálja a nagy semmire - legalábbis sokáig nem igazán tudták megmondani mivel tölti szabadidejét az agy.

"Hatalmas aktivitás zajlik a pihenő agyban, aminek a természete nagy mértékben tisztázatlan" - erősíti meg a fenti sorokat Marcus Raichle, a St. Louisi Washington Egyetem idegtudósa. "Az agy egy nagyon költséges szerv, azt azonban még senki sem vizsgálta igazán mélyrehatóan, mire fordítja az erőforrásokat."


A helyzet azonban lassan változik. Raichle és pár másik kutató végre elkezdett foglalkozni azzal az alapvető kérdéssel, hogy vajon mit csinál az agy, amikor részünkről üresjáratba kerül. Munkájuk elvezetett egy agyon belüli nagy rendszerhez, egyfajta szerv a szervben felfedezéséhez, ami képes volt évtizedeken át rejtve maradni, pedig még keresni sem kellett túlságosan. Egyesek az ábrándozás neurális dinamójának nevezik, mások ennél jóval rejtélyesebb szerepekkel ruházzák fel. Akármit csináljon is, mindig felizzik, amikor az agyunkat magára hagyjuk és munkához lát, több oxigént fogyasztva el, mint a dobogó szívünk.

"Ez egy rendkívül fontos dolog" - hangsúlyozza Giulio Tononi, a Wisconsin-Madison Egyetem idegtudósa. "Nem túl gyakori, hogy egy új, funkcióval rendelkező rendszert azonosítunk az agyban, valójában nem is emlékszem hány évvel ezelőtt történt hasonló. Olyan ez, mintha ma egy új kontinenst fedeznénk fel."

Ennek ellenére a felfedezés elég lassan született meg. Sokoloff immár 56 évvel ezelőtti kísérlete kevesek érdeklődését keltette fel. Egészen a '80-as évekig kellett várni mire a kutatókban felsejlett, hogy az agy fontos dolgokon munkálkodhat, miközben látszólag semleges állapotban van. Ekkoriban kezdett elterjedni egy új agyletapogatási technika, a pozitron emissziós tomográfia, röviden PET. A módszerhez radioaktív jelzőanyagot, többnyire glükóz molekulákat fecskendeztek be a vizsgálandó területre és a felgyülemlett anyag méréseivel a szakemberek betekintést kaptak az agy belső működésébe. Az egyik legegyszerűbb kísérlet az volt, hogy letapogatták a gondolkodó és a pihenő agyat, majd a kapott felvételeket összevetve megpróbálták megtalálni a különböző aktívvá váló agyterületeket.

Raichle is PET letapogatással dolgozott a szavakkal kapcsolatos agyterületek kutatásában, amikor valami különösre lett figyelmes. Egyes agyterületek látszólag teljes intenzitással dolgoztak míg az alany pihent, viszont amikor az egyén megkapta a szavakkal kapcsolatos feladatot, a területek lecsendesedtek. A felfedezés nem volt igazán új keletű, a legtöbb kutató azonban véletlenszerű zajként értékelte és ezzel elintézettnek tekintette a kérdést. Raichle és egyik kollégája, Gordon Shulman azonban másként gondolta. Ekkor már 1997-et írtunk.

Shulman 134 ember agyletapogatási adatait elemezte ki, melyekből megállapította, hogy a feladattól függetlenül - legyen az olvasás, vagy egy képernyő bámulása - az agyterületek ugyanazon "konstellációja" mindig elhalványul, amint az alany elkezdett koncentrálni. "Meglepett a következetesség" - mondta Shulman. A kibontakozó kép egyre kevésbé tűnt véletlenszerű zajnak. "Előbukkant egy neurális hálózat, amiről korábban szó sem esett."


Raichle és Shulman 2001-ben publikáltak egy tanulmányt, melyben felhívták a figyelmet egy korábban fel nem ismert "alapértelmezett módra" - egyfajta belső pasziánszra, amivel az agy elszórakoztatja magát, amikor nincs kihasználva és félreteszi, amikor valami feladatot kap tulajdonosától. Ez az agytevékenység főként az agy középvonalán hosszirányban átívelő területhalmazban zajlik, amit a két kutató alapértelmezett-mód hálózatnak, röviden az angol kezdőbetűkből DMN-nek nevezett el.

A hálózatba foglalt agyterületek nem voltak ismeretlenek a tudomány számára, a kutatók korábban is tanulmányozták ezeket, csak nem összességükben. Éppen ezért nem ismerték fel, hogy a területek megállás nélkül társalognak egymással, amikor azonban valami figyelmet összpontosító feladat érkezik lecsendesednek, átadva a terepet, vagy inkább az erőforrásokat más agyterületek számára.

Mindezek mellett sikerült egy még megdöbbentőbb felfedezést is tenni. Az agyterületek metabolikus aktivitásának méréseiből kiderült, hogy a hálózat egyes területei 30 százalékkal több kalóriát emésztenek fel, mint az agy bármely más területe. Ez már komolyan felvetette a kérdést - mi az ördögöt csinál az agyunk, amikor mi a világon semmivel nem foglalkozunk éppen?