Kevés génváltozás tette kreatívvá az emberi agyat

Az agykutatás Manhattan terveként emlegetett Brain Initiative Cell Census Network (BICCN) elnevezésű nemzetközi kutatói konzorcium 2023 őszén a Science, a Science Advances és a Science Translational Medicine folyóiratokban 24 publikációban adta közre az agy idegsejtszintű feltérképezésének eredményeit. A Science-összeállítás 24 cikke közül 3 publikáció vezető szerzői között szerepel dr. Tamás Gábor, az MTA-Szegedi Tudományegyetem Agykérgi Neuronhálózatok Kutatócsoport vezetője, az SZTE idegtudomány professzora, több szegedi kutatótársával együtt.

Az agyi atlasznak nevezett óriásprojekt az emberi agy idegsejtjeinek feltérképezését, a főemlősök agyával összehasonlítását, az agyfejlődés sejtszintű dinamikájának vizsgálatát, valamint az emberi sejttípusok funkcionális elemzését tűzte ki. Az emberi agy 86 milliárd idegsejtből és még ugyanennyi nem neuronális sejtből áll. Dr. Tamás Gábor szerint e biológiai rendszer feltérképezésének legfontosabb általános következtetése az volt, hogy bár léteznek csak az emberre jellemző agyi idegsejtek és kapcsolódások, az evolúció lépésenként haladt, és nem igaz, hogy az emberi agy teljesen egyedi, és hozzánk képest minden le van maradva az evolúcióban.

– A publikációk elsősorban azt a kérdést tették fel, hogy mi van az emberi agyban, mi van egy főemlős agyában, és a kettő mennyire más. Más bolygók-e vagy csak más kontinensek? A válasz az, hogy nem más bolygók, de valóban más kontinensek – foglalta össze a szegedi idegtudós.

Az MTA-SZTE kutatócsoport 2017-ben az úgynevezett „csipkebogyósejtek” felfedezésével a világon elsőként talált olyan agyi idegsejttípust, amely a rágcsálókhoz képest csak az emberben fordul elő. Dr. Tamás Gábor szerint a rágcsálókhoz viszonyítva az agykéregben fellelhető 150-200 féle idegsejttípus 10-15 százaléka specializálódhatott az emberre. A kutatócsoport új publikációja pedig azt mutatta ki, hogy a főemlősökhöz képest is vannak sejttípusok, amelyek túlreprezentáltak az emberben, azonban mindössze 1-2 százaléknyi idegsejttípus esetében mondható el, hogy az emberi agyban megtalálhatók, a főemlősökében pedig nem.

Az új idegsejttípusok és kapcsolódások az agykéreg evolúciósan újabb területein alakultak ki. Az agy régebben kialakult részében, például a rágcsálóknál is megtalálható szaglókéreg területén annyira jelentős a konzerváció, hogy itt az agysejtekben nincs különbség az ember és a főemlősök agya között.

– Két állatfaj között általában az okoz jelentős különbséget az agyban, hogy milyen érzékszervük domináns – mondta a szegedi idegtudós. - A rágcsálóknál nem a látórendszer dominál, mint nálunk, hanem a szaglórendszer és a bajusztapintás, mivel ők ezzel navigálnak a sötét alagutakban. Ezért a rágcsálókban olyan jellemző idegsejttípusok alakultak ki, amelyek például a bajusztapintásért felelősek az agykéregben, míg a látókéreg a főemlősökhöz képest kevésbé fejlett. A mostani publikációk eredményeiből is azt látjuk, hogy a főemlős állatfajokban, ide értve az embert is, a látókéreg az, amelyen az evolúció intenzíven dolgozik. Ott fordulnak elő olyan specializált új sejttípusok, amilyeneket máshol eddig nem láttunk.

Dr. Tamás Gábor szerint az emberi agy evolúciója is reagál a környezetre, így például, ha az emberiség folyamatosan használna olyan testen kívüli eszközt, mint a mobiltelefon, akkor megfelelően hosszú idő után ennek az agyban is lenne reprezentációja. Ott azonban még nem tart az evolúciós specializáció, sem pedig a technológia, hogy ezt detektálni lehessen.

- Egyénre jellemző idegsejttípus valószínűleg nincs, és az ilyen jellegű vizsgálatoknak etikai korlátai is lennének. Egyelőre tehát azt lehet mondani, hogy a különféle egyének nagyon hasonló agytérképpel rendelkeznek, ha az idegsejtek számát és típusainak számát vesszük – összegezte a kutató.

Az embercsoportok, rasszok közötti idegsejtszintű különbségek kutatása azonban szerepel a Brain Initiative Cell Census Network (BICCN) programjában.

- A következő 5 év arról fog szólni, hogy a különféle társadalmi hátterű, genetikai heterogén embercsoportok között mekkora a különbség az agyi sejttípusok szintjén, illetve a fő rasszok közötti eltéréseket milyen szinten lehet vagy nem lehet észrevenni az agykéreg szerkezetében. Elsősorban azt vizsgáljuk, hogy látunk-e különbségeket a sejttípusok szerkezetében vagy az individuális sejtek közötti variációkban. Ez már egy finomabb skálájú kutatás, és úgy gondolom, etikailag is érzékenyebb – mondta dr. Tamás Gábor.

E kutatási irány célja az, hogy olyan sejttípusokat találjanak, amelyek egyes embercsoportokat mentessé tesznek bizonyos betegségektől, amilyen például az Alzheimer-kór vagy a rák. E szelektíven érzékeny sejttípusok kutatási eredményeire klinikailag is alkalmazható kezelési eljárásokat alapozhatnak majd. Dr. Tamás Gábor szerint esély lehet arra is, hogy a ma még klinikai tapasztalati úton kezelt neuropszichiátriai betegségek biológiai alapjait megtalálják, és ehhez társítsanak kezelési módot.

Az agyi atlasz projektben az idegsejttípusok osztályozását a sejtekben aktív gének vizsgálata alapján végezték el. A mintegy 30 ezer génből a testünk bármelyik sejtje 15-16 ezer félét aktívan használ és az egyes idegsejttípusok között 3-4 ezer gén eltérése jellemző. - Harmincezerből nagyon sokféleképpen lehet válogatni, és az szerintem igazán meglepő, hogy ennek ellenére csak néhányszáz, és nem néhány tízezer típusú idegsejtünk van – állapította meg a kutató. 

Ez azonban a sokféleségnek csak az idegsejttípusok szintjén vizsgált oldala. Az idegsejtek egymáshoz kapcsolódásában még nagyobb lehetne a variációs változatosság:

- Az emberi idegsejtek között oly sokféleképpen lehet a kapcsolatokat elrendezni, hogy ahhoz képest az ismert univerzum elemi részecskéinek száma messze, több nagyságrenddel marad el. Ennek ellenére az idegrendszer szerveződése nem akármilyen, hanem nagyon határozott választási irányokat követ.

Most már látjuk azt, hogy ezek a választások az evolúcióban egyik állatfajról a másikra lépésenként alakulnak ki, tehát az agyi idegsejtek térképének szintjén nem állnak be radikális változások. Hanem, a viselkedés szintjén, vagyis abban, hogy viselkedés közben hogyan használjuk ezt az agyi térképet, hogyan közlekedünk a sejttípusok térképén, a térkép melyik eleme lesz fontos számunkra - ebben valóban radikális változások lehetnek.

Nagyon szűkös eszközkészlettel, nagyon kicsi változásokkal óriási működésbeli heterogenitás, kreativitás, precizitás érhető el az adott élethelyzetben vagy pedig azokra a célokra, amelyek egy adott állatfajnak fontosak. Más esetben pedig, ha erre nincs szükség, egészen egyszerűen maradunk az alapműködésnél és nem használjuk ki az agy lehetőségeit.

Az ember esetében vannak élethelyzetek, amelyekben akár az életünk során is megváltozhatnak ezek a kapcsolódások, mégpedig úgy, hogy bizonyos tulajdonságainkat, skill szettünket elveszítünk, bizonyosakat pedig használunk, akár életkorfüggően is – összegezte a szegedi idegtudós.

Dr. Tamás Gábor kutatócsoportja jelenleg az emberi viselkedést és intelligenciát meghatározó idegi hálózatok működését kutatja: - A következő öt év legfőbb kérdése az, hogy az idegsejtek skálázható szinapszisainak, kapcsolódási helyeinek milyen szerepe lehet a viselkedő emberek döntéshozatalaiban, reprezentációjában, memóriájában.