Az emlősök agyi térképrendszere
Az elmúlt fél évszázadban a tudósokat lázba hozta a kérdés, miként képesek az állatok, így az ember is, eligazodni környezetükben. Már az 1970-es években felfedezték az úgynevezett helysejteket a hippocampuszban. Ezek az agysejtek adott helyekhez kötötten aktiválódnak, amikor az állat a “saját” területéhez tartozó pontokon tartózkodik. Később az úgynevezett rácssejteket is azonosították, amelyek mintegy koordinátarendszert biztosítanak az agy számára.
Mindazonáltal, hogy egy élőlény ne csak azt tudja, hol van, hanem azt is, merre tart, szüksége van még egy információra — mely irányba néz. Ezt az adatot biztosítják a fejiránysejtek, amelyek nem a helyszínhez, hanem a tekintet irányához igazodnak.
A fejiránysejtek rejtélyes rendszere
Az első fejiránysejteket véletlenül fedezték fel 1984-ben. E sejtek, bár összeköttetésben állnak a hippocampuszszal, csak azt mutatják meg, merre néz az állat feje, a konkrét helyzetétől függetlenül. Az emlősökben ezek a sejtek egy gyűrűs szerveződésű hálózatot alkotnak — a gyűrűattraktor-modellt —, amelynek bizonyos szegmensei akkor aktiválódnak, ha az állat egy adott irányba fordul.
Ahogy az élőlény körbefordul, mindig más és más sejtek lépnek működésbe, mindegyikük egy konkrét irányra hangolva. Ez a rendszer nem a mágneses értelemben vett iránytű, hanem abszolút orientációt biztosít a környezeten belül.
A tudomány számára lényeges kérdés volt, hogy a laboratóriumi kísérletek során feltárt működés vajon valós, összetett terekben, nagy kiterjedésű környezetben is érvényesül-e. Itt két elmélet versengett: az egyik szerint minden fejiránysejt fix iránnyal rendelkezik (globális iránytű), a másik pedig azt feltételezte, hogy a sejtek az egyes térségekhez igazítják irányukat (mozaikelmélet).
Vadlabor a szigeten
Az állatok agyi navigációját eddig leginkább laborok falai között vizsgálták, ahol az állat egyetlen mozdulattal a “világa” végére érhetett. Valószínűsíthető, hogy ez a zárt tér nem igazán adja vissza a természetes kihívásokat: egy városban sétálva nemcsak az emlékeinkre és a térképünkre van szükség, hanem folyamatosan integráljuk az időről, a környezetről és az akadályokról szóló információkat.
Mindeközben nehéz megfelelő valós tesztkörnyezetet találni. Egy izraeli kutatócsoport 2016-ban már kifejlesztett egy 200 méter hosszú alagutat denevérek számára, de ez is túl szűk volt. Végül a megoldást egy elhagyatott, mindössze 2,8 hektáros Latham-sziget jelentette az Indiai-óceánban.
Itt hat egyiptomi gyümölcsdenevér agyába ültettek vékony huzalokat, amelyek az idegi aktivitást rögzítették. A tudósok mindent magukkal vittek, amire néhány hétig szükségük lehetett (sátrak, generátorok, élelem), majd minden éjjel megfigyelték, hogyan fedezik fel a denevérek az új terepet. Két kutatási szezon alatt 301 repülést rögzítettek.
A meglepetések sora itt nem áll meg
Kezdetben a sejtek kialakulatlanul, szeszélyesen aktiválódtak, de öt-hat éjszaka alatt a térkép stabilizálódott, és a sejtek már pontos irányokat mutattak, függetlenül attól, hogy az állat a sziget melyik pontján volt. A denevérek tehát a sziget részleteit mentális egésszé fűzték össze, amelynek referenciapontjai a partvonal, a kiemelkedő objektumok (például a kutatósátrak), vagy a denevérek ülőhelyei lettek.
Meglepő módon az irányjelzés nem változott akkor sem, amikor a Hold elmozdult vagy a csillagokat felhők takarták — tehát az égi tájékozódás kizárható volt, ahogyan a Föld mágneses terét sem használták a denevérek. Valószínűsíthető, hogy a tereptárgyok váltak a globális tájékozódási rendszer alappillérévé.
Ez a felfedezés igazolta a laboratóriumi kísérletek eredményeit, de az igazi áttörés az volt, hogy először tapasztalták ezt nagyméretű, természetes környezetben. Sokan az utóbbi évek egyik legfontosabb idegtudományi kísérletének tartják a projektet.
Tovább a vadonba — és talán az emberig
Mindeközben a kutatások azt mutatják, hogy a természetes környezet nemcsak autentikusabb, de összetettebb agyi aktivitást is eredményez. Például a denevérek agyának helysejtjei nemcsak a pozícióra, hanem a mozgás sebességére is reagáltak.
A szakértők úgy vélik, ez új szemlélet irányába terelheti az idegtudományt: nem korlátozni, hanem kihasználni kell a komplexitást, még akkor is, ha ez sokkal nehezebb terepen történő kísérletezést jelent. Mindeközben az embereken is szeretnék vizsgálni a tájékozódás idegi alapjait. Bár a fejiránysejteket emberben még nem sikerült lokalizálni, vannak kezdeti eredmények kórházi környezetben, epilepsziás betegeken végzett vizsgálatokból.
A végső cél, hogy valós idejű agyi aktivitást lehessen rögzíteni természetes, összetett környezetben — akár egy távoli szigeten, akár egy nagyváros utcáin, ahol időnként mindannyian elveszítjük az irányt, majd hirtelen újra megtaláljuk azt.
