A connectome kutatás nagy csalódása: a térkép nem minden

Ha egyszer sikerülne teljes egészében feltérképeznünk az agyunk szerkezetét, vajon megértenénk, hogyan is működik? Ez az a nagy kérdés, amely a connectome, azaz az agyi kapcsolati hálózat feltérképezésére törekvő kutatók hajtja. A connectome kutatás azonban most egy váratlan akadályba ütközött: a térkép önmagában messze nem elég.

A connectome és a valóság közötti szakadék

Képzeljük el a connectome-ot úgy, mint egy város összes lehetséges útját bemutató térképet. Sophie Dvali és munkatársai a Princeton Egyetemről viszont felfedezték, hogy ezek közül az utak közül sokat alig használnak. A kutatók egy parányi fonálféreg, a Caenorhabditis elegans agyi térképét vetették össze a valóságos idegjelátvitellel. Mivel a féreg idegrendszere mindössze kb. 300 neuronból áll, képesek voltun kívülről stimulálni mindegyik idegsejtet és nyomon követni, hogyan terjed a jel a kapcsolati hálózaton keresztül.

Miért nem elég a térkép?

Amikor a két adathalmazt matematikai hálózatként kezelték, azt várták, hogy azok a neuroncsoportok, amelyek a connectome-on belül szorosabban kapcsolódnak egymáshoz, több jelet is cserélnek. Az eredmény megdöbbentő volt: ez nem mindig igaz. Volt néhány egybeesés, például az evéssel vagy a hátramenetüléssel (ami a veszély elkerüléséhez lényeges) kapcsolatos neuronoknál, de összességében annyi eltérést találtak, hogy a connectome önmagában nem elegendő egy organizmus viselkedésének megjósolásához.

Ahogy Andrew Leifer, a kutatócsoport tagja mondja, az oka lehet az, hogy a jelek nem mindig a legrövidebb utat választják, és léteznek olyan kommunikációs formák is a neuronok között, amelyek túlmutatnak a köztük lévő „vezetékeken”. Ez egy olyan agyi kapcsolati hálózat bonyolultságát mutatja, amit egy statikus térkép soha nem fog teljesen visszaadni.

És most? A jövő kihívásai

Albert-László Barabási, a Northeastern University professzora szerint ez a kutatás pontosan azt a gyakori kritikát vizsgálja, miszerint a connectomika csak szerkezeti adatot szolgáltat, nem viselkedési mintákat. A csapat következő lépéseként azt tervezi, hogy kiterjesztik a kísérletet, és megvizsgálják, hogyan terjednek a jelek, ha egyszerre több neuront stimulálnak. A célpont egyre összetettebb organizmusok, például a muslinca lárva, amelynek agya jelenleg a legnagyobb leírt connectommal rendelkezik. Úgy tűnik, az agy feltérképezése forradalma még csak most kezdődik, és sok meglepetésre kell számítanunk. Vajon valaha is fogjuk teljesen felderíteni agyunk legbelső titkait?