Szentágothai János felfedezte, hogy van egy furcsa, kandeláber alakú idegsejt. Az Oxfordban dolgozó Somogyi Péter leírta, hogyan kapcsolódik a többi idegsejthez és milyen ingerületátvivő anyaggal működik. Tamás Gábor szegedi neurobiológus kutatócsoportja pedig rájött, hogy egészen másképp vannak a dolgok, mint az agykutatók eddig gondolták.
Szentágothai János írta le 1974-75-ben, hogy vannak ilyen sejtek. Agykérgi idegsejteket festett meg klasszikus módszerekkel, és talált köztük egy olyat, melynek a jeladó része, amit az agykutatók axonnak hívnak, gyertyatartó formájú volt. Mintha még a gyertyák is bele lennének tűzve. Ezért nevezte el őket kandelábersejtnek.
Még nem tudjuk, de nem gyakori sejttípus.
A nagyagykéregben 200-600 piramissejtet idegez be egy kandelábersejt, az agykéreg hippokampusz nevű területén ez az szám felmehet 1000-1200-ig is. De kizárólag az agy szürkeállományában fordulnak elő. Ezt már Somogyi Péter fedezte fel. És ő adta nekik az axo-axonikus sejt elnevezést is. Szentágothai ugyanis félreismerte a kandelábersejtek kapcsolatrendszerét. Azt írta, hogy ezek a sejtek, ugyanúgy, mint a többi, a célsejtjeik jelfogó részéhez, azaz dendritjéhez csatlakoznak. 1977-ben jelent meg Somogyi Péter közleménye, amelyben leírta, hogy nem erről van szó.
Azt már korábban tudták, hogy egyes sejtek jeladó részen, vagyis axonjuk kezdeti szakaszán vannak szinapszisok, csak azt nem tudták, honnan erednek. Somogyi megtalálta ezeknek a szinapszisoknak a forrását. Felfedezte, hogy van egy olyan sejt, amely kizárólag ilyen szinapszisokat ad. Tehát máshová nem csatlakozik a többi idegsejten, csak az axonjuk kezdeti részére. Ráadásul kizárólag a serkentő vagy más néven glutaminsavval működő sejteknek az axonjára.
Az agykéregben a domináns serkentősejttípus a piramissejt. Ezen kívül van még a tüskés csillagsejt, és most már talán az axo-axonikus sejteket is ide lehet sorolni.
Ő mutatta ki ezekben a sejtekben a gamma-aminovajsavat. És ez a klasszikus gátló ingerületátvivő anyag az agykéregben. Ezért gondolta, hogy ez a sejt alapvetően gátló természetű.
Az általában használt mérési eljárásokkal a kutató lecseréli a sejt belső ionkoncentrációját. Mi vizsgáltuk meg először az axo-axonikus sejtek hatását úgy, hogy nem zavartuk meg a célsejtek működését, belső ionkoncentrációját. És azt láttuk, hogy az axo-axonikus sejteknél mások a klorideloszlási viszonyok az axon kezdeti szakaszán, mint a többi gamma-aminovajsavval működő sejtnél. Ezen fellelkesedve elkezdtük kutatni, mi lehet ennek a molekuláris háttere, mi az a mechanizmus, ami lehetővé teszi, hogy a sejt egyik részén kicsi a kloridion-koncentráció, a másik részén nagyobb, illetve, hogy ennek milyen következményei vannak a neuronhálózat szintjén.
Megpróbálom. Vannak olyan molekulák, amelyek a sejtekből kifelé lapátolják a kloridionokat. Ha ezek nincsenek jelen valahol, ott a kloridionok benn maradnak a sejtben. Kiderítettük, hogy azok a molekulák, amelyek a kloridionok kitranszportálásáért felelősek, előfordulnak az idegsejtek jelfogó részein, tehát a dendritjein, valamint a sejttestjén, a jeladó részén, az axonján viszont nincsenek. Ez az oka annak, hogy a sejt egyik feléből, épp abból a feléből, ahová ezek az axo-axonikus sejtek kapcsolódnak, nem tud kitranszportálódni a klorid. A többi részéről viszont, ahol a gátlósejtek kapcsolódnak, kitransztortálódik. Amikor egy gátlósejt aktív, akkor a klorid kívülről befelé áramlik. Amikor viszont egy axo-axonikus sejt, akkor belülről kifelé. Ezért más a válasz polaritása, ami máshol negatív irányba változtat, az itt pozitív irányba.
Az eddigieket kissé komplikálja a célsejtek működési állapota, az úgynevezett membránpotenciál. Hogy egy sejtnek milyen a membránpotenciálja, aktivitási állapota, azt gyakorlatilag a hálózat határozza meg. A hálózati állapot szabályozza az axo-axonikus sejt - piramissejt kapcsolatot is. Tehát a piramissejtek, a célsejtek állapotától függ, hogy az axo-axonikus sejt hatása serkentő vagy semleges, tehát hogy van-e hatása vagy sincs. Mintha lenne egy ki-be kapcsoló az axo-axonikus sejt hatásán. Ez egy furcsa paradoxon. Minél jobban csökken a célsejtek aktivitása, vagyis minél gátoltabb állapotban vannak a célsejtek, az axo-axonikus sejt annál hatékonyabban serkent. Viszont ha serkentettebb állapotban vannak a célsejtek, nincs hatása az axo-axonikus sejtnek.
Azok a piramissejtek, amelyek ilyen mélyen gátolt állapotban vannak, és bemenetet kapnak egy axo-axonikus sejttől, egyszerre aktiválódnak. Ezért mondjuk azt, hogy gyakorlatilag ezek a leghatékonyabb serkentősejtek.
Mivel csak az axon kezdeti szakaszára ad jeleket, és ott a legkönnyebben serkenthető egy piramissejt, a hatást tekintve az axo-axonikus sejt van a legkönnyebb helyzetben. Ez tudja a leghamarabb kisütni, tüzeltetni a célsejtet.
Igen. Gyakorlatilag itt dől el, hogy az analóg információfeldolgozás, ami egy idegsejt jelfogó, dendrit részén történik, digitális jelként, akcióspotenciálként továbbítódik-e. Ha van egy sejt, amelyik ide és csak ide csatlakozik, az nagy valószínűséggel kulcsfontosságú.
A gátlósejtek kis hullámformát indukálnak a célsejtek membránpotenciáljában. Szinuszhullámszerűen változtatják aktiválhatóságukat. Mivel ezt egyszerre teszik nagyon sok célsejten, szinkronizálni tudják működésüket. A célsejtek általában ott aktívak, ahol a hullám maximumon van, és mivel ezt a maximumot a gátlósejtek időzítik, képesek szinkronizálni a célsejtek kisülését.
Csak itt az a kérdés, hogy hány sejt kell hány sejt szinkronizációjához, és milyen gyorsan tudják ezt végezni. Az axo-axonikus sejtek működésében éppen az az újszerű, hogy egyetlen sejt egyszeri működése elég ahhoz, hogy sok célsejt egyszerre aktiválódjon. Azért lehet azt mondani, hogy karmestersejt, mert csak egyet int és beindul az aktivitás. És azért nagyon fontos, hogy ez a karmestersejt kizárólag a piramissejtekhez csatlakozik, mert így az egyszerre serkentett piramissejtek biztosan tovább is adják a serkentést a hálózatban.
Még nem tudjuk, hogy bemeneteik miben különböznek a többi idegsejt bemeneteitől. A következő négy-öt évben azt is meg kell majd fejteni, hogy a felszállópályák befolyásolják-e őket, vagy inkább az agykérgen belüli kommunikáció uralja működésüket.
Azt a hasonlatot szoktam használni, hogyan alakulnak ki a szavak a betűkből. Eddig erre az volt a stratégia, hogy nagyon sok gyerek nyúlkál bele az asztalon található betűhalmazba, most viszont egy gyerek, egy sejt egyszeri aktivitására csoportba rendeződnek a jelek. És ráadásul minden esetben nagyon hasonlóan történik ez az összerendeződés. Ha egy axo-axonikus sejt aktiválódik, másik sejten egy komplex hullámformát kapunk válaszul, nem pusztán egy pozitív vagy negatív polaritású gátló vagy serkentő választ. Egy jelsorozat indul meg egyetlen jel helyett. Szerintem az axo-axonikus sejt működésének megfejtése kulcsfontosságú lépés lehet annak megértéséhez, a komplex reprezentációk hogyan alakulnak ki az agyban.
A kötési jelenségnél például különféle jellemzőket kombinálunk egy tudati egésszé. Nyilvánvaló, hogy ezt egy bitnyi információval nem tehetjük meg, nem tudunk négy-öt dolgot egyszerre kódolni egyetlen akciós potenciállal. Akciós potenciálok valamilyen időben és térben nagyon jól rendezett kombinációjára van szükség. A nagy kérdés az, hogyan lehet ezt gyorsan és megbízhatóan előhívni a hálózatból. A kötési jelenség néhány milliszekundumon belül kialakul. Nem ismerünk olyan oszcillációt, ami ennyi idő alatt szinkronizálna. Ezzel szemben az axo-axonikus sejt gyakorlatilag egy-két milliszekundum alatt aktiválja hálózatát.
Inkább pillanatszerű memóriának mondanám. Gyakorlatilag arról van szó, hogy a hálózatban meglévő kapcsolatrendszert aktiváljuk egy sejt be- és kikapcsolásával. Az információ tárolásában és előhívásában lehet fontos szerepük a kandelábersejteknek.
Most állítjuk fel a laborban azt a regisztrációs rendszert, amellyel egyszerre több száz vagy inkább több ezer sejt működését tudjuk vizsgálni anélkül, hogy meg kellene őket szúrni.
Meg azok a piramissejtek, melyeket ezek a piramissejtek idegeznek be. Ennek a módszernek az a szépsége, ha van egy sejt, amelynek a mi elképzelünk szerint karmesterszerepe van, le tudjuk írni azokat a darabokat, melyeket tanít vagy lejátszik a hálózaton belül. Lézerfénnyel rendkívül gyorsan pásztázzuk majd az idegsejtek hálózatát, amelybe előzőleg tüzelésre érzékeny festéket juttattunk. Ha aktiválunk egy axo-axonikus sejtet, és videóra vesszük, mi történik a hálózatban, akkor a villanássorozatok megmutatják, hogy milyen kiterjedésűek, időbeli szerkezetűek azok az információcsomagok, melyeket az axo-axonikus sejtek továbbítanak.
Másodpercenként ötszáz képet kell felvennünk, tehát 2 milliszekundumonként egy teljes képet le kell húznunk az egész hálózatról. Az Egyesült Államok védelmi minisztériumától kértünk segítséget, hogy ilyen érzékeny, eddig kizárólag katonai műholdakon használt kamerához jussunk.
Még a kollégák számára sem egyértelmű, mi lesz ennek a következménye az agykérgi hálózatok értelmezésére. Volt olyan is, akinek gyakorlatilag el kellett magyaráznom, mi van cikkben. De olyanok is vannak, akik szerint mérföldkő lesz ez a munka. Ilyenkor persze nagyon örülök, de leginkább annak, hogy értesüléseim szerint sikerült másoknak megismételni a kísérleteinket. Ez a legjobb hír.