A kutatási és fejlesztési célokra megvásárolt csúcsműszer nagy lendületet adhat az idegrendszeri betegségek vizsgálatának; tanulmányozható vele a többi között a gyerekek gondolkodásának fejlődése, a zene és a nyelvtanulás agyi hatása. Minden eddiginél pontosabban és gyorsabban lehet vizsgálható az agy működés közben.
A hazánkban is jelen lévő német Siemens tudós mérnökei által kifejlesztett, napjainkban a legkorszerűbbként ismert műszerből földrészünkön alig ötven működik. Még a tudományos kutatásban vezetőnek számító német és brit laboratóriumokban is csak mostanság szerzik be és helyezik üzembe – tudhatta meg az Infovilág a Magyar Tudományos Akadémia Természettudományi Kutatóközpontjában fölállított Siemens MAGNETOM Prisma típusú funkcionális mágneses rezonanciás képalkotó berendezés mai átadásán.
Miként tudós szakemberek, kutatók elmondták: a szerfölött bonyolult és „mindenestül” (tehát kiszolgáló eszközökkel, berendezésekkel együtt) mintegy 700 millió forintba került műszer-együttes lényege, hogy az élő, működő agyat vizsgálja. Mivel mágneses rezonanciás (MRI) képalkotó berendezés, képes az egész agy egyidejű megfigyelésére anélkül, hogy elektródákat ültetnének a páciens fejébe, vagy bármilyen más invazív módszert alkalmaznának.
MRI fMRI
A mágneses rezonanciás képalkotás központi eleme, hogy az emberi testet erős mágneses térbe helyezik, aminek hatására a testben lévő hidrogénatomok magjai – mint apró mágnesek – egy irányba rendeződnek. Ezután a szervezetre nem ártalmas, rádiófrekvenciás elektromágneses sugárzással energiát adnak az atommagoknak, amit azok szintén elektromágneses sugárzás formájában visszasugároznak. Ezt az ember köré helyezett tekercsekkel lehet mérni. A műszerben lévő mágneses tér gyors változtatásával a visszasugárzott jel frekvenciájából következtetni lehet a kibocsátó atommag helyére, így térbeli kép nyerhető.
Funkcionális vizsgálatoknál azt használják ki, hogy agyi aktivitás hatására az aktivált területre friss, oxigéndús vér áramlik, ami az oxigénben gazdag és az abban szegény vér eltérő mágneses tulajdonságai miatt az aktiváció helyén a mért jel megnövekedését okozza. Ezáltal az agyat hosszabb időn át vizsgálva, ilyen jelnövekedéseket keresve meg lehet mondani, melyik terület mikor és mennyire volt aktív.
A fiatal kutatók meghatározó eszköze lesz
Három egymást követő fejlesztés együttesen segítette, hogy a Siemens Zrt. által gyártott csúcsberendezés tisztán kutatási és fejlesztési célokra Magyarországra érkezhessen. Az egyik az MTA Természettudományi Kutatóközpont új épületének átadása 2013 novemberében, a másik a Nemzeti Agykutatási Program (NAP) kezdete 2014 februárjában, a harmadik az akadémiai kutatóhálózat műszerezettségének fejlesztése.
A MAGNETOM Prisma típusú gép megvásárlása (mintegy bruttó 600 millió forintos beruházás) a NAP és az MTA forrásaiból valósult meg. Bár a berendezés csak az idén januárban érkezett meg (mostanáig a beüzemelés és a tesztek zajlottak), máris óriási az érdeklődés iránta. Várhatóan egy éven belül csúcsra járatják, és akkortól két műszakban működik majd.
A gép mágnesként vonzza az egyetemistákat is. „Az MTA Természettudományi Kutatóközpont, azon belül az Agyi Képalkotó Központ (AKK) kedvelt célpont az egyetemi hallgatók körében. Az AKK kutatócsoportjainak MR-fizikusai a Budapesti Műszaki Eegyetemről, a kognitív pszichológusok az ELTE-ről érkeztek hozzánk, nálunk mindennapi valóság az MTA-kutatóhelyek és az egyetemek együttműködése. Az itt kognitív idegtudományi kutatást folytató fiatalok tudományos pályáját ez az eszköz fogja meghatározni, ez lesz számukra a belépő műszer” – mondta Csépe Valéria akadémikus, az AKK Neurokognitív Fejlődés Kutatócsoportjának vezetője.
(Az akadémikus asszony ma délelőtti előadása itt hallgatható meg; tessék kattintani!)
Magyar sajátosságokat is vizsgálnak
Az új fMRI-laboratórium korszerű műszeres hátteret biztosít a felfedező kutatásokhoz a kognitív idegtudomány, a fejlődés-idegtudomány és a neuropszichiátria területén, valamint megteremti az MR-módszerre irányuló további fejlesztések feltételeit. A fő tudományos célok között szerepel az agy egészséges és kóros öregedésének kutatása, a gondolkodás fejlődésének vizsgálata, a nyelv- és a zenetanulás hatásainak mélyebb megértése. Ilyen vizsgálatok természetesen már folynak a világban, mostantól azonban – Csépe Valéria szavaival – Magyarország is korszerű eszközzel vehet részt a „tudományos Forma-1-ben”.
„Az egyik nagy lehetőséget a magyar nyelvnek az európai nyelvektől, különösen pedig az angoltól való, számos lényeges tulajdonságot (hangsúly, szórend, nyelvtan, szerkezet) érintő eltérése kínálja. Az egy- és többnyelvű magyar gyerekek nyelvi fejlődésének speciális vonatkozásait kutatva, a tudományos megismerésen túl több fontos lépést tehetünk a gyakorlati alkalmazás irányában. Kiemelkedő eredményeket várok azoktól a kutatásoktól is, amelyeknek célja azt feltárni, miként hat az ének és a zene, különösen pedig a Kodály-módszer az agy fejlődésére” – ismertette Csépe Valéria.
Ezt erősítette meg Honbolygó Ferenc, az AKK neurokognitív fejlődés kutatócsoportjának tudományos munkatársa is: „A kognitív pszichológia területén itthon eddig nem vagy alig volt lehetőség képalkotó vizsgálatokra, ezért a magyar kutatások nagyon lemaradtak a nemzetközi mezőnyben. Ez fog most alapvetően megváltozni. A múlt évek egyik legizgalmasabb kutatási területe a zene hatása az agyra, a zenetanulás hatása az értelmi képességek fejlődésére. Kiderült, hogy a zenetanulásnak igen nagy hatása van az egyéb kognitív képességekre, például az olvasás tanulására vagy a figyelmi képességekre.”
Az fMRI-vel végzett kognitív idegtudományi kutatásokban folyamatosan meglepetésekkel szolgál az a terület, amely a nyelv, illetve a második vagy idegen nyelv tanulásának agyi hálózatait igyekszik megismerni. Itt a magyar nyelv már említett különlegessége valóban érdekes lehet. Az adott nyelv jellegzetességeinek összefüggése az agyi hálózat fejlődésével meghatározó a diszlexia, az olvasási nehézségek megértésében is. A diszlexia fő modelljei az angol anyanyelvűekkel végzett kutatásokra épülnek, általános érvényük nem bizonyított, ezért csak korlátozottan alkalmazhatók más nyelvű, így például magyar gyerekek adatainak értelmezésénél.
Fantomokon tesztelték
„Ez itt az én agyam – mutat egy képet Kettinger Ádám, a BME Természettudományi Karának PhD-hallgatója, az AKK agyi szerkezet és dinamika kutatócsoportjának MR-fizikusa. – A műszert eddig speciális céltárgyakon, fantomokon, illetve magunkon teszteltük. A teszteknek, illetve a mostantól következő éles vizsgálatoknak az emberi szervezetre semmilyen káros hatásuk nincs, mert az fMRI-vizsgálatok során nem ionizáló sugárzást használnak” – mondja a szakember.
Egy fontos biztonsági szabályt azonban meg kell tartani: a Földénél 60 ezerszer erősebb (3 teslás) mágneses tér miatt semmilyen fémtárgyat nem engednek be a vizsgálóba. „Ezt egy kórházból küldték a telefonomra” – mutat egy meghökkentő (és nem publikus) képet Kettinger Ádám. A fotón egy hasonló, kisebb MRI-berendezést látunk, de rá van tapadva egy fémvázas kórházi ágy, amely még meg is görbült egy kicsit. Figyelmetlenségből tolták be a vizsgálóba – szerencse, hogy senki nem feküdt rajta.
Fotós kollégánknak is azt tanácsolják a kutatók, hogy bent a vizsgálóban ne fényképezzen, ha szeretné még használni a felszerelését. Le kell tennünk a nálunk lévő mobilt, kártyákat, órát, szemüveget is (a nadrágszíj maradhat), és persze megkérdezik, nincs-e valakinek pacemakere. A fémes fogtömések bejöhetnek, mert ezek csak egy vizsgálat alatt melegedhetnének fel kellemetlen mértékben.
Tisztán, gyorsan
Az fMRI-vizsgálatok legfontosabb jellemzője valóban az, hogy az élő, működő, például éppen valamilyen feladatot megoldó agyat lehet tanulmányozni velük. „Az új berendezésnek minden eddiginél gyorsabb a képalkotási folyamata, és jobb a tér–időbeli felbontása is. Ez azt jelenti, hogy rövid, esetleg csak néhány perces vizsgálati idő alatt is az eddigieknél jóval tisztább adatok nyerhetők, ami például a gyerekeknél, a fejlődési vizsgálatoknál fontos. A gyerekek bírják a legkevésbé a megfigyelés alatti bezártságot és mozdulatlanságot” – magyarázza Gál Viktor MR-módszerfejlesztési projektvezető, az AKK agyi szerkezet és dinamika kutatócsoportjának tudományos munkatársa.
Ez a készülék az első olyan az országban, amely tisztán kutatási célokat szolgál, diagnosztikára nem használják. „Az itt zajló alapkutatásokra épülnek majd a jövő orvosi célú vizsgálatai” – mondja a szakember.
A gép működését az idegrendszeri kutatásokra optimalizálták, bár az ízületek működése, öregedése is tanulmányozható vele. Az ízületekkel kapcsolatos klinikai adatokat (pl. műtéti adatok) az MR-felvételeket tartalmazó adatbázissal társítva új utak nyílhatnak a diagnosztikában és a kezelésben.
A legnagyobb eredményeket azonban az agyi hálózatok kutatásától várják. Az egyes agyterületeket összekötő agyi hálózatok a fejlődés közben folyamatosan változnak. Vizsgálatukra nagyon alkalmas az új műszer, használatával az agy mélyebb, kéreg alatti területeit is meg lehet figyelni. A hasonló eszközökénél jobb térbeli felbontásnak köszönhetően tisztábban rajzolódnak majd ki ezek a hálózatok. Például kiderülhet, hogy az anyanyelv és a tanult nyelv szavait nem egyazon hálózaton tárolja az agy (mint ahogy a mostani felvételeken látszik), hanem két különböző, ám egymáshoz nagyon közeli hálózaton.
Nyugalomban is pörög az agy
Az fMRI-vizsgálatok egyik legújabb és legizgalmasabb területe az, amikor megnézik, mit csinál az agy nyugalmi állapotban, vagyis amikor semmilyen feladatot nem kell megoldania. A vizsgált személyt ilyenkor azzal az instrukcióval tolják be az MR-berendezésbe, hogy ne gondolkodjék (például ne számoljon), inkább próbáljon meg maximálisan kikapcsolni, de ne aludjon el.
A múlt években kiderült, a nyugalmi (resting-state) fMRI-módszer alkalmas rá, hogy mérjék az agy spontán kialakuló aktivitását, tehát amikor nem érnek bennünket külső ingerek, és a legkevésbé intenzív „gondolati” tevékenységet végezzük.
Kiderült, hogy nyugalmi állapotban az agy energia-felhasználása mindössze 5%-kal kevesebb, mint a legintenzívebb feladatfüggő aktivitás közben. Vajon min dolgozik ennyire az agy nyugalmi állapotban?
A nyugalmi hálózat ereje
„A nyugalmi állapotban jellemző agyi aktivitás nem véletlenszerű. Egy adott funkció ellátásában részt vevő agyterületek, például az arcfelismerésért felelős régiók az agy nyugalmi állapotában is szinkron aktivitást mutatnak, azaz funkcionális kapcsolatban vannak egymással, hasonlóan ahhoz, amit például egy arc felismerése során tapasztalhatunk” – mondja Hermann Petra, az akk agyi szerkezet és dinamika kutatócsoportjának tudományos segédmunkatársa.
Az agy nyugalmi állapotának vizsgálata világszerte viszonylag új terület. Napjainkban intenzíven kutatják, hogy ezeknek a nyugalmi állapotban működő hálózatoknak mi a funkcionális jelentőségük. Például kimutatták, hogy specifikus agyterületek között nyugalmi állapotban mért összeköttetések erőssége alapján meg lehet jósolni, ki mennyire lesz jó egy bizonyos feladat elvégzésében. Hermann Petra és kollégái jelenleg a látókérgi hálózatot vizsgálják nyugalmi állapotban, illetve azt, hogy a látókérgi hálózaton belüli kapcsolati erősségek hogyan befolyásolják az egyén arcészlelési képességeit zajos ingerek, rossz látási viszonyok esetén. Az is érdekes, hogy milyen nyugalmi funkcionális kapcsolati mintázatok jellemzők egyes idegrendszeri betegségekben. Az például már kiderült, hogy a szkizofrénia esetében ez a mintázat más, mint egy egészséges embernél.
A jövő egyik nagy lehetősége az, ha sikerül olyan kapcsolati mintázatokat azonosítani, amelyek jelezhetik egy adott viselkedés, képesség vagy betegség megjelenését. Ezeknek az „fMRI-ujjlenyomatoknak”, biomarkereknek nagy jelentőségük lehet a diagnosztikában is – véli Kóbor Andrea pszichológus, az AKK neurokognitív fejlődés kutatócsoportjának tudományos segédmunkatársa.
Az emberi lét hálózata
Sokáig azt gondolták, hogy a célvezérelt viselkedés, az agy legmagasabb szintű végrehajtó működése leginkább egy adott agyterülethez (a prefrontális kéreghez) köthető. Kiderült azonban, hogy ebben is egy olyan meglehetősen nagy agyi hálózat vesz részt, amelyhez nem csak agykérgi területek tartoznak. Ez a hálózat tesz bennünket emberré: ennek köszönhetjük például, hogy egy-egy inger esetén nem ösztönösen cselekszünk, hanem ellentmondhatunk késztetéseinknek, vágyainknak; hogy meg tudunk oldani komplex problémákat, és képesek vagyunk megfelelő döntéseket hozni.
Ha a körülmények változnak – például kritikus helyzet lép fel –, akkor a hálózat is megváltozhat, új kapcsolati súlyok alakulhatnak ki. Egy háborús helyzetben például a túlélésre koncentráló elemek válhatnak dominánssá.
A kétnyelvűség ereje
A végrehajtó hálózat felépítésében nagy egyéni különbségek mutatkoznak. Ezek egy része örökletes, azaz genetikai eredetű, más részük azonban tanult, kulturális elem. „Például a kétnyelvű környezetben felnövő egyéneknél e hálózat funkcionális kapcsolatai erősebbek, ami kihívást jelentő helyzetekben rugalmas alkalmazkodást tesz lehetővé – a kétnyelvűek általában toleránsabbak a világban zajló változásokkal szemben. Ennek oka az lehet, hogy a kétnyelvűek agya egyidejűleg két nyelvi rendszert kontrollál, s emiatt egyfajta gondolkodásbeli többletre tesznek szert. Ez a kognitív többlet aztán nem nyelvi helyzetekben is kamatoztatható, sőt az időskori kognitív hanyatlást is késleltetheti” – mondja Kóbor Andrea.
