2013. ápr 18.

65. Az egyensúly íze

írta: _Maverick
65. Az egyensúly íze

Bármit össze tudok kötni bármivel!”

-Paul Bach-y-Rita-

paul-bach-y-rita-2.jpgPaul Bach-y-Rita különleges ember volt. Egyrészt a modern kor tudósainak többségétől eltérően számos különböző területen mondhatta magát szakértőnek, másrészt soha semmit nem vett készpénznek. Olyan kérdéseket tett fel, amelyeket mások megfontolásra érdemesnek sem találtak, hiszen a legelfogadottabb, legmozdíthatatlanabbnak hitt alapvetések igazságtartalmát feszegették. Bizonyos szempontból különcnek, amolyan „őrült zseninek” tartották, de ez a nyughatatlanság vezetett el a Nature-ben 1969-ben megjelent cikkéhez, mely nagyban hozzájárult az agyról alkotott képünk gyökeres megváltozásához.

Miként arra előző bejegyzésünkben rávilágítottunk, Bach-y-Rita egy olyan korban nőtt fel, amikor a lokalizácionizmus elmélete - amelynek lényege, hogy egy adott funkciót agyunknak csak egy jól meghatározott területe képes ellátni - még szilárdan állt. Ezt nevezték „egy régió – egy funkció” teóriának is. Valójában sokkal többről volt szó, mint teória. Gyakorlatilag axiómaként kezelték ezt a tételt, mely olyan mélyen gyökeret vert az orvosi körökben, hogy mikor Paul később publikálni akarta eredményeit, hat alkalommal utasították el csupán azért, mert teljesen abszurdnak vélt módon egyáltalán használta a cikk címében a plaszticitás kifejezést... Felmerülhet a kérdés, hogy ilyen atmoszférában minek köszönhetően szökkenhettek szárba formabontó gondolatai? Lássuk hát!

Az 1960-as évek elején Németországban fészkelte be magát a kétség elméje zugaiba. Egy alkalommal éppen egy macska agyát vizsgálták elektródákkal, azt kutatván, hogy a látás mely területeken vált ki ingereket. Egy véletlen folytán miközben az elektróda továbbra is a látókéreg néhány sejtjének aktivitását detektálta, az egyik kutató hozzáért az állat lábához. A jelenlévők némi meglepetéssel tapasztalták, hogy a tapintás okozta ingerület aktivitást váltott ki a látókéregben. Kíváncsiságuk feléledt, és hamarosan szembesültek vele, hogy a zajok észlelése is hasonló következményekkel járt. Paul számára ekkor vált először igazán kétségessé az egy régió – egy funkció gondolata, hiszen a saját szemével látta ugyanazon sejteket látásból, hallásból és tapintásból származó jeleket feldolgozni.

Figyelmét már ekkor elkezdte egyre növekvő mértékben ennek a jelenségnek a megértésére szentelni, de a döntő lökést egy személyes tragédia következménye adta meg. Paul 65 éves édesapja – egy New Yorkban oktató egyetemi professzor – 1959-ben agyvérzést kapott. Az esetet ugyan túlélte, de súlyos károsodásokat szenvedett: fél oldalára lebénult és teljesen elveszítette beszédkészségét is. Paul testvére, George – ma pszichiáterként dolgozik Kaliforniában – magához vette édesapját, akinek a rendszerint 4 hetes terápiák mit sem használtak. Nem volt ez meglepő, hiszen az agy helyrehozhatatlanságáról vallott nézeteknek köszönhetően komolyabb erőfeszítéseket sem tettek a lehetetlennek tartott javulás elérésére. George nem értett a terápiás módszerekhez, intuitíven kezdett hozzá idős édesapja „rekonstrukciójához”. Az emberi fejlődés lépéseit vette alapul: a csecsemők is először feltámaszkodni, majd mászni tanulnak meg. Hónapokon át gyakoroltak. Kezdetben az öreg Pedro számára a feltámaszkodás is megoldhatatlan problémát jelentett, de az idő múlásával képessé vált a sérültebb felével a falnak támaszkodva mászni. Kis idő elteltével az előrelépés olyan mértékű volt, hogy már az udvaron, szabadon is gyakorolhatott, a szomszédok nem kis megbotránkozására, akik hevesen támadták George-ot, amiért „ilyen tiszteletlenül bánt” professzor édesapjával. A mászás mellett egyéb „játékokkal” operált George, lényegében az összes mindennapi feladatot igyekezett egy gyakorlattá alakítani: a szőnyegen gurított labdákat kellett elkapnia Pedro-nak, vagy az edények elmosása közben kezét hosszú perceken át az edény fala által vezetve körbe-körbe mozgatni. Egy idő után Pedro állapota annyit javult, hogy már maga is képes volt részt venni a következő lépcső kidolgozásában.

A mászásból térdelés, majd felegyenesedés és járás lett. Fokozatosan visszatért a beszédkészség és kezdetben 1 ujjal, majd később normálisan is képessé vált a gépelésre is. 68 évesen szinte maradéktalanul felépülve visszatért a City College pulpitusára. Teljes értékű életet élt a neki megadatott további 7 évben: utazott, túrázott, mozgott, oktatott.

A felépülés története már önmagában csodával határos, de az igazán megdöbbentő tényre csak Pedro későbbi, egy hegyi túrán szívroham által bekövetkezett halála után derült fény. Az édesapja felépülését szinte hihetetlennek tartó Paul egy kollégáját kérte fel a boncolásra, aki nem hitt a szemének. Kiderült, hogy Pedro agya olyan súlyos károsodásokat szenvedett, amelyek a tudomány akkori állása és agyról alkotott képe szerint teljesen lehetetlenné kellett volna tegye a valósnál sokkal kisebb mértékű gyógyulást is. Volt már példa agyvérzés utáni részleges felépülésre, de ezekre az esetekre mindig úgy tekintettek, hogy bizonyára nem történt súlyos károsodás, így a vérömleny visszahúzódása után a funkciók valamilyen mértékben visszatérhettek. Pedro agyának állapota azonban egyértelműen ellentmondott ennek a nézetnek.

Bach-y-Rita szilárd meggyőződésévé vált, hogy az agy képes újraszervezni magát, és az egyes funkciókat más területeknek átadni. Élete hátralevő részét ezen élmény hatására a rehabilitációval kapcsolatos kutatásoknak szentelte. Félretett mindent, amit addig tudtunk, és elsőre teljes képtelenségnek ható kérdéseket tett fel, úgy mint:

Szükség van-e a szemre a látáshoz, a fülre a halláshoz, a nyelvre az ízleléshez vagy az orra a szagláshoz?”

Persze! - vághatnánk rá. Mindjárt nem ilyen egyszerű a válasz, ha belegondolunk: az érzékszervek csak előállítják a környezeti hatások kódolásával az idegek által szállított elektromos impulzusokat, amelyeket aztán az agy értelmez. A szállított jel jellege független az adott érzékszervtől, a feldolgozás, értelmezés módja tölti meg tartalommal. Hasonlóan képzelhetjük el mindezt – hogy egy kicsit megpengessük a mechanisztikus agy gondolatának örök érvényű húrjait – a számítógépen továbbított adatokhoz: legyen szó akár képről, akár hangról vagy szövegről, végeredményben csak nullák és egyesek sorozatai továbbítódnak. Ahogy Paul összefoglalta:

Nem a szemünkkel, hanem az agyunkkal látunk!”

chair-top-half_8si8s_1333.jpgEzen ekkor még hipotetikus felismerésen nekibuzdulva megalkotta első találmányát teóriája igazolására. Egy székhez hasonló alkalmatosságot kell elképzelni, melynek háttámlája kezdetben 144, később több 100 ponton képes volt a vezérlésnek megfelelően vibrálni. A vezérlést egy kamera adta, amely a látott formákat leképezte az adott háttámla területére, és ennek megfelelően váltotta ki a vibrációt az egyes pontokban. Az eszközt olyan embereken próbálták ki, akiknek retinája károsodott, így tökéletes vakságuk teljes mértékben gyógyíthatatlan volt. A berendezés segítségével az alanyok bizonyos értelemben újra látni kezdtek! A tapintás útján beérkező jeleket agyuk feldolgozta, és képessé váltak a háttámlához kapcsolt kamera látókörébe kerülő tárgyak felismerésére. Nem kevés gyakorlás után fel tudtak ismerni olyan összetett formákat is, mint például egy váza által félig eltakart telefon, illetve el tudtak hajolni egy feléjük dobott labda elől. Az agy megtanulta ezeket a tapintás útján érzékelt jeleket értelmezni, és megdöbbentő módon akkor sem zavarodott össze, ha a vibráló felület mellett a pácienst megcsiklandozták. Paul ezen eredményeit publikálta az elhíresült Nature cikkben, mint a neuroplaszticitás első jól dokumentált bizonyítékait.

nyelv.pngA technika fejlődése tovább finomította ezt az eszközt, és mára már egy szemüvegre rögzített kamerával dolgozhatnak az érintettek. A székre sincs már szükség. Eleinte a mozgást lehetetlenné tevő alkalmatosságot egy a hátra ragasztható, impulzus közvetítő réteg helyettesítette, mára pedig a miniatürizálásnak hála a nyelvre tett lapka is elegendő. Ez azért különösen jó megoldás, mert a nyelvünk a tapintásra legérzékenyebb testrészünk, melynek receptorai közvetlenül a felszínen találhatóak, így itt lehet a legnagyobb hatékonysággal bevinni a mesterséges jeleket. Az elektromos impulzusok a szénsavas üdítők fogyasztásakor érezhető pezsgő érzetet keltenek. Az eredmény az alábbi videón látható: a páciens még a kártyalapok megkülönböztetésére is képes teljes vaksága ellenére!

Azt hihetnénk, hogy az eset döbbenetes mivolta már nem fokozható tovább. Tévedünk! Az agyi aktivitást mérő fMRI vizsgálatok ugyanis kimutatták, hogy a tapintás útján bekerülő jelek némi gyakorlást követően ténylegesen aktivitást váltanak ki a látókéregből! Az agy újravezetékelte magát, és a tapintásból származó ingereket dekódoló területről továbbította a jeleket a látásért felelős régiókba. Agyi értelemben tehát ténylegesen látásról beszélhetünk a folyamat során, az értelmezésért felelős prefrontális lebeny az inputot már a látókéregtől kapja.

brain_interface.jpg

A látás ilyen formában történő „helyreállítása” csak az egyik Bach-y-Rita eredményei közül. Az agy plasztikusságát talán még jobban mutatja Cheryl alábbi esete.

Ha fel kell sorolni a különböző érzékelési módokat, akkor az esetek többségében az egyensúly észlelése kimarad a listáról. Tipikusan egy olyan dologról van szó, amelyet akkor értékelünk igazán, ha elveszítjük. Erre döbbent rá Cheryl is, aki egy antibiotikumos kezelés mellékhatásaként teljesen elvesztette vesztibuláris (egyensúlyozó) rendszerének működését. Ennek eredményeként képtelen volt megállni a lábán, élete minden pillanatában úgy érezte, hogy zuhan. Abszurd módon akkor is, amikor már ténylegesen elesett, és a földön feküdt. Folyamatosan korrigálni igyekvő, pánikoló agya semmi másra nem tudott fókuszálni, mint a folytonos esés – mindig sikertelennek bizonyuló – elkerülésére. Élete romokban hevert.

Ekkor került a képbe Bach-y-Rita és csapatának egy újabb abszurdnak ható szerkezete. Egy módosított építési sisakról van szó, melyet gyorsulásérzékelőkkel szereltek fel. A sisak minden pillanatban észlelte térbeli helyzetét és mozgását, ezeket pedig elektromos jellé konvertálva egy kis érzékelő lapkára továbbította.

nyelv-abra.jpgA lapkát Cheryl nyelvére helyezték. Mikor az érzékelők észlelték feje előre billenését, az impulzus a nyelvén elkezdett előre vándorolni. A feladat az volt, hogy a nyelve közepén tartsa a bizsergető érzést. Szinte hihetetlen, de amikor első alkalommal vette fel a sisakot, és a munkatársak elengedték kezét, rezzenéstelenül megállt... A szédelgés azonnal eltűnt, a stabil egyensúly lépett a helyébe. Chery újra képes volt lépni, járni, és meghatottan megölelni kezelőit. 1 perc után levéve a sisakot a kutatók meglepetése tovább fokozódott: további 20 másodpercig megmaradt a hatás, és Cheryl továbbra is mentes volt minden korábbi tünetétől. 3 perc használat esetén ez az érték 40 másodpercre nőtt. A furcsa fejfedő 20 percig tartó viselése után viszont egyenesen 1 órára növekedett az időtartam.

Miként lehetséges, hogy a hatás megmaradt a sisak levétele után is? A neuroplaszticitás egyik alapelvének megnyilvánulásáról van szó:

Neurons that fire together, wire together!”

Ezt valahogy úgy fordíthatnánk hangzatosan, hogy azon neuronok, melyek együtt tüzelnek (egyszerre aktívak), össze is „vezetékelődnek”. Cheryl esetében arról van szó, hogy a vesztibuláris szerve nem ment tönkre teljesen, csupán nagyon súlyosan károsodott, orvosai szerint mintegy 98%-ban. Ezt az agy szemszögéből úgy kell elképzelni, hogy igen gyenge jeleket kap csupán a szerv felől, melyek ráadásul kivehetetlenül zajosak. Az össze-vissza tüzelő neuronok rengetegéből képtelenné válik kiszűrni az egyensúlyozáshoz szükséges információt.

A nyelvre rakott lapka azonban igen erős érzetet kelt, melynek hatása összekapcsolódik a vesztibuláris szervből érkező gyenge jelekkel, hiszen mind a két egység ugyanazon hatás eredményeként kerül stimulált állapotba: a fej elbillenésének köszönhetően. Az együtt tüzelő neuronok ingerületei pedig megerősítik egymást. A mesterséges jel segít a gyenge természetes jel kiszűrésében és megerősítésében. Az idegsejtjeink közötti kapcsolatok ugyanis annál stabilabbak, és a rajtuk való adatátvitel annál fürgébb, minél többször használjuk az adott kapcsolódást. Ennek köszönhető, hogy a kitartó gyakorlás eredményeként az új képesség fokozatosan „bejáratódik”, és egyre természetesebbé válik. Ez az alapelv nem csak itt, hanem minden tanulási folyamat esetén érvényesül!

Bach-y-Rita szerint ezenfelül új útvonalak is keletkezhetnek, melyek a folyamatos stimuláció hatására megerősödnek. Ahhoz hasonlítja a jelenséget, mikor az autópálya lezárása miatt új útvonalakat kell találni a régi, alig használt utakon keresztül. Eleinte el-el téved a bolyongó, lassan halad, majd ha az állapot heteken át fennáll, akkor szépen megtanulja, begyakorolja az új útvonalat, és fokozatosan egyre gördülékenyebben közlekedik.

helmet.jpgBár teljes részleteiben nem értjük a jelenséget, de a módszer működik. Nem csak Cheryl esetében, hanem azóta számos más szédelgő páciens kezelése során is. A változás pedig tartós. Cheryl mára teljesen tünetmentes, már nem szorul rá egyáltalán a sisakra. A fentebbi videó végén biciklizés közben nyilatkozik...

Paul Bach-y-Rita 2006-ban hunyt el, munkássága azonban alapjaiban változtatta meg az agyról alkotott elképzeléseinket. A bemutatott példákon kívül számos más módszert dolgozott ki érzékelési hiányosságok helyreállítására, és terápiás módszerei egészen új utakat nyitottak meg korábban reménytelennek hitt páciensek rehabilitációja terén. A már korábban említett Nicolais labor tulajdonképpen az ő nyomdokain, az általa felismert elvek mentén halad tovább. Mára már azt is sikerült megmutatni, hogy ezekkel a módszerekkel nem csak létező érzékszerveink képességei modellezhetőek és vihetőek át egy másik szervre, hanem korábban nem létező érzékelési formák is implementálhatóak, mint például az itt bemutatott esetben az infravörös fény észlelése.  

Források

Norman Doidge: A változó agy - a mindenki számára nagyon ajánlott, "kötelező" olvasmány

Ha szívesen bemutatnád saját szakterületedet, kutatási témádat, vagy blogunk profiljába illő érdeklődési körödet, esetleg szerepet vállalnál a szerkesztésben, akkor írj a jobb oldalon megadott e-mail címre! 

Szólj hozzá

agy agykutatás fókuszpont Bach-y-Rita