Vizuális illúziókkal „csapták be” a közönséget a Science Campus programsorozat előadásán, amelyen az agykutatás és az emberi észlelés világába pillanthattak be az érdeklődők.

„Azt látjuk, ami előttünk van?” – Ezzel a provokatívnak szánt címmel és felütéssel vágott neki az agyműködést, az idegsejtek felépítését és a vizuális észlelés folyamatát bemutató előadásának Zimmer Márta, a BME Természettudományi Kar (BME TTK) Kognitív Tudományi Tanszékének egyetemi docense, aki a BME TTK Science Campus előadássorozat keretében kapott felkérést egy ismeretterjesztő bemutató megtartására. „Néha többet, néha kevesebbet dolgozunk fel a minket érő vizuális ingerekből, és olyan is van, hogy máshogy kódoljuk, reprezentáljuk mindazt, ami az üzenet eredeti ’bemenete’ volt. Ilyenkor valójában nem a retinánkra vetülő ’egyszerű’ képi információt észleljük és dolgozzuk fel az agyunkkal mondhatni menetrend- vagy receptszerűen. Az észlelésünket számos, az agy különböző területein végbemenő idegi folyamat befolyásolja, ilyen például az is, hogy az agyunk ’átstrukturálja’ a bemeneti képet” – osztotta meg talán kicsit absztraktnak tűnő módon az agyi működésről Zimmer Márta. Az idegtudományt és a pszichológiát ötvöző előadásában több példával szemléltette az emberi vizuális észlelés rendszerének állomásait, az ottani sejtek működését, kiemelve, hogy speciálisan mely információkra érzékenyek ezek a sejtek, majd megvilágította a prezentációja elején felvillantott vizuális illúziók, „becsapós képek” (pl. Machu Pichu fotója) és furcsa észlelési jelenségek tudományos hátterét.

Zimmer Márta előadása főként a természettudomány mélyebb megismerésére nyitott középiskolásoknak szólt, nekik hétköznapi életből vett példákkal és „illúziókkal” magyarázta a műegyetemi előadó a „hardcore” idegtudomány nehezebben emészthető részeit. Ám a téma több korosztály érdeklődését felkeltette: a közönség soraiban nemcsak még pályaválasztás előtt álló fiatalok ültek, hanem hallgatók, oktatók, a témára nyitott műegyetemi dolgozók és külsős vendégek is. Az előadást online, élőben is streamelték, illetve a felvétel elérhető a YouTube-on is. A videó már 3.200 körüli megtekintésnél jár.

A hallgatóságot szemmel láthatóan foglalkoztatták az agykutatás részletei, az előadás végén Zimmer Márta számos idegtudományokkal kapcsolatos kérdést kapott. Ezek közül talán az egyik legizgalmasabb az volt, hogy az agyunkban létezik-e az ún. „Angelina Jolie-sejt”, vagyis megtalálható-e az emberi szürkeállományban az az egyetlen neuron, amely Angelina Jolie-t kódolja be. „A szakmánk ettől egy kicsit általánosabban fogalmaz” – magyarázza az előadó: „a kérdés arra utal, hogy van-e olyan ’nagymama-sejt’ a fejünkben, ami csak és kizárólag akkor aktivizálódik (tüzel), ha a nagymamát látjuk. Bár a Nature c. lapban megjelent egy publikáció (Quiroga és mtsai, 2005), amelyben a kutatók egy epilepsziás beteg ún. egysejt-regisztrációs vizsgálata közben ráleltek egy ’Jennifer Aniston-sejtre’, összességében mégis úgy gondoljuk, több érv is amellett szól, hogy elvessük a nagymama-sejt létezését. Az egyik legismertebb ellenérv, hogy ha a feltételezés igaz lenne, akkor minden egyes új személy megismerése egy új idegsejt kialakulásával, és az illető bekódolásával járna együtt. Másik ellenérv, hogy egy olyan kisebb sérülés, amely egy vagy kevés számú idegsejt károsodását, elhalását okozza, szükségszerűen együtt járna azzal, hogy éppen annyi személyt képtelenek lennénk a továbbiakban felismerni, ahány idegsejt a balesetben károsodott”. Végül a feltételezés ellen szóló harmadik érv, hogy az emberi vizuális képzelet határtalan, amire Zimmer Márta példát is hozott: „képzeljünk el egy világoskék bogárhátú kabriót, nagy lila pöttyökkel, zöld bőrborítással, a motorháztetőn pedig egy hatalmas, festett vörös sárkánnyal. Ezt a képet elképzelve szinte ’látjuk a lelki szemeinkkel’ ezt az autót, miközben nagy esély van arra, hogy a világon valójában egyetlen ilyen példány sem létezik. Ha a ’nagymama-sejt’ feltételezés igaz lenne, még ahhoz is szükség lenne egy külön sejtre, ami valójában nem is létezik” – magyarázza a valóságban másként történő neuronképződés mikéntjéről az előadónő.

A nézők néhány tagját az agykutatás neuroanatómiai részei is foglalkoztatták. Arra voltak kíváncsiak, hogy a retinában, azaz vizuális rendszer kezdeti állomásán, az ingerfeldolgozás irányát figyelembe véve az ún. fotoreceptorok és a bipoláris sejtek megelőzik-e a retinális ganglionsejteket. „A válasz: igen, ebben a sorrendben - fényinformációt (fotont) csak a receptorsejtek képesek felvenni, de ők még nem képesek olyan idegi elektromos jelet generálni, amit az agyunk is megért. A receptorsejtek (csapok és pálcikák) ún. posztszinaptikus potenciálokkal (PSP-k) jelzik, ha a receptív mezejükre fényinformáció esik. A PSP-ket egy köztes sejtréteg felveszi és továbbadja, és csak ezután kerül ez a némileg ’átdolgozott’, integrált elektromos jel a retinális ganglionsejtekhez, azaz valódi idegsejtekhez, amelyek már egy más típusú idegi jelet, ún. akciós potenciált (AP) generálnak ki. Ez az a jel, amit már ’megért’ az agyunk” – idézett az előadás perceiből Zimmer Márta.

A közönség soraiban ültek az idegtudomány elméleti részei iránt érdeklődők is. E részterületre kérdezett rá az egyik műegyetemi kolléga: az agykutatók főként invazív módon kinyert adatokra építenek, amelyek állatkísérletes vizsgálatok során a koponyán belül, magából az idegsejtből vagy annak közvetlen környezetéből elvezetett elektromos jelekből származnak. Ezeket a módszereket, technikákat etikai okok miatt nem lehet használni humán kísérletekben. A kollégát az érdekelte, vannak-e olyan módszerek, amelyekből ugyanilyen pontosságú és fontosságú információkhoz juthatnak a tudósok az emberi agy működésével kapcsolatban, és ezekhez milyen mérés szükséges. „Természetesen vannak időben vagy térben nagyon jó felbontású kognitív idegtudományi mérési módszerek (elektroelkefalográfia - EEG), ill. az ebből nyert ún. eseményfüggő kiváltott válaszok/potenciálok - EKV vagy EKP; és ilyenek a képalkotó eljárások: MRI, PET, NIRS). Időben és térben kiváló felbontással rendelkező technika egyelőre nem létezik, de már használnak MRI-kompatibilis EEG regisztrációkat. Tudományos szempontból is érdekes eset, amikor ún. humán egysejt-regisztrációt alkalmaznak. Ez akkor lehetséges, ha például egy epilepsziás beteg koponyáját és agyburkát megnyitják műtét előtt, hogy az agy felszínére egy elektrokortikogramot (ECoG, egy szilikonlapba csíptetett elektródaháló) helyezzenek fel. Ilyenkor az érintett agyi tekervényről gondolják azt az orvosok, hogy az ottani sejtek atipikus elektromos ritmusa okozhatja a rohamokat.”

Az ábrán egy eseményfüggő kiváltott potenciál (EKP) kísérletben regisztrált arcingerek által kiváltott P2-es komponensének erőssége (amplitúdója) és megjelenési ideje (latenciája) látható. Baloldalon a klinikai csoport, jobb oldalon a neurotipikus (korban, nemben, iskolázottságban egyenként illesztett) kontrollszemélyek adatai láthatók. A kísérletben teljesen zaj nélküli, valamint kisebb vagy nagyobb zajjal kevert arc- és autó képekről kellett öreg/fiatal (régi/új) döntést hozniuk a személyeknek. Azt látjuk, hogy arcingerek esetében (fekete görbék) a második pozitív csúcs (az ún. P2) veleszületett arcfelismerési zavarral élők esetében lényegesen nagyobb amplitúdójú, mint a kontrollszemélyeknél. Mivel ennek a komponensnek az idegi generátora a tárgyfeldolgozásban érintett LOC terület (oldalsó nyakszirti komplexum), ez azt sugallja, hogy az arcokról hozott döntés meghozatalában a tárgyakért felelős agyi területet „hívják segítségül”. (Zimmer és munkatársai, 2014 – konferencia poszter)

Forrás: Zimmer, M., Németh, K., Kovács, P., Vakli, P., Kovács, G. (2014) Noise-induced perceptual processing demands in developmental prosopagnosia. ECVP 2014 poster, Belgrade, Serbia. Perception 43, supplement, p. 72.

A Science Campus vendégelőadója hangsúlyozta, hogy az emberi agy működésének megismerése már régóta foglalkoztatja a kutatókat: például az 1990-es éveket az „agy évtizede” jelmondattal ruházták fel. „A még mindig sok ismeretlennel kecsegtető téma iránti érdeklődés azóta sem változott. Az ember régóta szeretné minél alaposabban megérteni, hogyan működik a testünk, az agyunk miként dolgozza fel a külvilág információit, és ezt a feldolgozott információt - vagy belső reprezentációt - hogyan használjuk fel egy adott szituációban a cselekvéseinkhez” – fejtette ki az akadémiai oldal motivációjáról a műegyetemi kutatónő. Az elmúlt években több szakterület is „hozzáadta a maga tudását” az agykutatás témájához: a direkt mérési eljárásokkal, a technológiai fejlesztésekkel és a precíziós műszerekkel a korábbiaknál pontosabb, részletesebb képet kaphatunk az agyunk működéséről. Az így kapott eredményeket pedig matematikai modellekkel és neurális hálózatok segítségével dolgozzák fel a szakemberek.

Zimmer Márta is régóta érdeklődik az agykutatás iránt, már hallgatóként beleásta magát a témába. Egykori témavezetőjével közösen létrehozták a Műegyetemen az Elektrofiziológiai Laboratóriumot, ahol többek között az arcészlelés témájával foglalkoztak. A szakemberek kezdetben alapkutatásokat végeztek azzal a céllal, hogy feltérképezzék az arcészlelés során aktivizálódó idegi hálózatot.  Egyik kísérletükben a résztvevőknek el kellett dönteniük egy-egy köztes nemi jelleggel rendelkező, mesterségesen létrehozott arcingerről, hogy inkább férfinek, vagy inkább nőnek tűnik-e a képen látható személy. A vizsgálat folytatásaként felmérték, változik-e döntés, ha a résztvevő előzetesen hosszabb ideig egy másik, feminin arcot néz. A kísérlet rávilágított arra, hogy gyakran hozzászokunk az először bemutatott (ún. adaptor vagy adaptáló) arc női nemi jellegéhez, emiatt a következőkben mutatott köztes nemi jelleggel rendelkező arcot férfiasabbnak látjuk. Mintha a vizuális rendszerünk, azaz az agyunk az eltérés mértékét felnagyította volna.

Az ábrán a felső sorban a neurotipikus kontrollszemélyek első 5 fixációja látszódik egy arc megnézésekor. Jellemzően egy csúcsára állított háromszög mintázatban tapogatunk le egy arcot, az első jelentős fixáció a jobb szemre (a fotó bal oldalán látható szemére) esik. A középső sorban a klinikai csoport első 5 fixációjának hőtérképét látjuk, míg az alsó sorban a két csoport különbségét. Pirosas (meleg) színnel azok az arcrészek vannak jelölve, ahová a kontrollcsoport tagjai néztek többet, a kékes (hideg) szín pedig azokat az arcrégiókat jelzi, ahová többet fixáltak az arcfelismerési zavarral élők.

Forrás: Varga, Zs. (2020) Szemmozgás-alapú tréning hatásvizsgálata veleszületett prosopagnosiában

A műegyetemi kutatónő később az arcfelismerés klinikai aspektusait is vizsgálta. „Olyan személyeket vettünk górcső alá, akik mindenféle neurológiai elváltozás nélkül is csak nagyon nehezen tudnak vagy egyáltalán nem képesek arcok felismerésére, azonosítására. Extrém esetben akár a saját arcukat sem ismerik fel egy fotóról. Az ’arcvakságnak’ vagy más néven arcfelismerési zavarnak (prosopagnosia) az előfordulási gyakorisága veleszületett esetekben 2% körüli, vagyis elmondható, hogy nagyjából minden ötvenedik ember számára nehézséget okoz az arcok felismerése. Ezt sokan jól palástolják azzal, hogy különböző kompenzációs stratégiákat használnak: például hangjuk, ruházatuk alapján próbálnak másokat beazonosítani” – osztotta meg a kutatásokban feltárt egyik jelenség részleteit Zimmer Márta.

Az utóbbi években kutatótársaival viselkedéses, elektrofiziológiai (EEG) mérésekkel és szemmozgás-regisztrációval próbálták kideríteni, hogy a korábban feltérképezett idegi hálózat az egyes esetekben hol, hogyan sérült arcfelismerési zavarral élő személyek esetében. A kutatónő szerint az EEG jelekből arra lehet következtetni, hogy a prospagnosiával élők olyan feladatokban, ahol arcokról kell döntést hozniuk, leginkább a tárgyfeldolgozást végző agyi területekhez fordulnak „segítségért” (amplitúdó-különbség tapasztalható esetükben), illetve az is észlelhető, hogy a tipikus „útvonaltól” eltérő szemmozgásmintázattal tapogatják le a bemutatott arcingereket.

Zimmer Márta az előadása kapcsán adott interjúban elárulta, jelenleg is aktívan dolgozik tanszéki kollégáival egy, az emberi emlékezettel kapcsolatos folyamat megértésén. Azt vizsgálják, hogy egy emlékezeti feladat teljesítése közben regisztrált különböző biomarkerek (például pupillaméret változása és a kiváltott válaszok amplitúdója) korrelálnak-e egymással.

TZS-KJ

Fotók forrása: Zimmer Márta, Science Campus