A neurális hálózatok- struktúra és funkció

Bauer Barbara IV.évf, alk. zoológus – Beadandó: A molekuláris biológia aktuális kérdései

 

Az agyi neuronok kapcsolatrendszere kiterjedt, összetett, az agyműködés során az agy egyes területeinek összekötését és szétválasztását valósítja meg nagyon rövid idő alatt. Számítógépek kapcsolatainak vagy az emberek szociális relációinak vizsgálatakor hasznos modellnek bizonyultak a hálózatok. Érdekes lehet tehát az agy hálózatelméleti szempontból való vizsgálata, például kialakulásának vagy működésének tanulmányozásakor.

 A neurális hálózatok egyik sajátsága, hogy kapcsoltságuk több szinten fejeződik ki. Az első szint az anatómiai konnektivitás, ez a neuronok szinaptikus kapcsolódásait írja le. A második szint (funkcionális konnektivitás) az agy különböző egységei működési mintázatainak egybeesését vizsgálja, és keresi azokat a párokat, vagy csoportokat, amelyek a véletlen egybeeséseknél többször aktívak egyidőben. A harmadik szint, az effektív konnektivitás, bizonyos agyműködések közben vizsgálja egyes egységek egymásra hatását.  (Sporns et al., 2004).

Ebből a hármas felosztásból is látszik, hogy a neurobiológia nagy nehézsége az anatómiai struktúra és az agy komplex működései közt megfeleléseket találni: hogyan járulnak hozzá a hálózat egyes elemei az egész rendszer működéséhez?

Például, ha a különböző típusú interneuronokat vizsgáljuk, azt tapasztaljuk, hogy kevés számú kortikális gátló interneuron rendelkezik  kiterjedt axonfával, míg a többségük kis méretűvel (kosársejtek). (Buzsáki et. al, 2004) Ez a mintázat sok típusú hálózat kapcsolatrendszerére jellemző, és több vizsgálat alátámasztja, hogy lehetővé teszi az egész rendszer (vagy egyes alrendszerek) szinkronba kerülését, minimális költséggel (ami az agy esetében a minimiális axonhosszúságot jelenti).

Az idegsejtek szinkronizációja pedig fontos szerepet játszik pl. az emlékezésben (Axmacher et al., 2006), illetve kreatív feladatok végrehajtásánál. Utóbbiakhoz elengedhetetlen a távoli régiók közti kapcsolatokat biztosító kortiko-kortikális hosszú rostok (Petsche, 1996).

Tehát azon egyszerű strukturális tulajdonság, hogy egy-egy interneuron hány szinaptikus kapcsolattal rendelkezik, összefüggésben van olyan bonyolult funkciókkal, mint a tanulás vagy a zeneszerzés.

Hivatkozások

Axmacher N.,Mormann F, Fernández G, Elger C.E., Fell J. (2006): Memory formation by neuronal synchronization, BRAIN RESEARCH REVIEWS 52 170–182

 

Buzsáki Gy., Geisler C., Henze D.A., Wang X-J.( 2004): Interneuron Diversity series: Circuit complexity and axon wiring economy of cortical interneurons, TRENDS in Neurosciences, Vol. 27, No. 4

 

Petsche H. (1996): Approaches to verbal, visual and musical creativity by EEG

coherence analysis, International Journal of Psychophysiology 24 145-159

 

Sporns,O., Chialvo D.R., Kaiser M., Hilgetag C. C.(2004): Organization, development and function of complex brain networks, TRENDS in Cognitive Sciences, Vol. 8, No. 9