Anesztézia állapotában az ember semmit nem érez, nem reagál, utólag sem emlékszik, kívülről nézve „nincs is ott” – épp ezért lehetséges számos műtéti beavatkozás. Mégis, most kiderült, hogy az agy mélyén, sejtszinten ilyenkor is meglepően összetett munka zajlik.
A világ vezető tudományos lapjában, a Nature-ben frissen megjelent tanulmányban olyan, gyógyszerre nem reagáló epilepsziában szenvedő betegeket vizsgáltak, akiknél a rohamokat okozó agyterület (hippokampusz) sebészi eltávolítása is része volt a kezelésnek. Így a kutatók lehetőséget kaptak, hogy a kivágandó területről egy rövid, 10–15 perces időablakban beültetett mikroelektródás méréseket végezzenek olyan elektródával, ami kizárólag kutatásban használható és még klinikailag nem engedélyezett. Ez az ún. Neuropixels elektróda egy szilícium alapú, hajszálvékony, sűrű elektródasorral ellátott aktív CMOS chip, amely egyszerre akár több száz sejtről, valamint azok együttes, populációs aktivitásáról is információt ad. Domokos 2022 és 2024 között, bostoni posztdoktor évei alatt az egyik olyan pionír laborban dolgozott az MGH Neurológiai Klinikáján (Harvard Medical School), amely humán műtéti környezetben is implementálta ezt a technológiát, és a most megjelent tanulmányban társszerzőként segítette a Baylor College of Medicine (Houston, TX) munkatársait a rendszer beállításában, valamint a mért adatok előfeldolgozásában és analízisében.
Egy ilyen reszektív agyi műtét legtöbbször altatásban zajlik, propofol anesztéziával. Az idegsebész a már feltárt, halántéklebeny mélyén fekvő hippokampuszba (a memória és tanulás központjába), még az eltávolítást megelőzően Neuropixels elektródát ültetett be, amely szimultán, nagy felbontással képes követni több száz egyedi idegsejt aktivitását. Első hallásra úgy tűnhet, hogy mélyaltatásban minden humán kognitív teszt vagy magas szintű agyi feldolgozás vizsgálata praktikusan ellehetetlenül, hiszen a beteg nincs öntudatánál. A tanulmány zsenialitása éppen abban áll, hogy a kutatók mégis egy auditoros, vagyis hallgatásos kísérletet terveztek a műtőben.
Először egyszerű hangsort játszottak le: ismétlődő „bip” hangokat, amelyeket időnként egy eltérő hangszínű „bop” (úgynevezett „oddball”, oda nem illő hang) szakított meg. A felvételek azt mutatták, hogy a hippokampusz neuronjai nemcsak felismerik ezeket a „kilógó” hangokat, hanem az idő múlásával alkalmazkodnak is, „tanulnak”, hogy egyre erőteljesebben reprezentálják, emeljék ki ezeket – mintha „figyelnének”. Vagyis az altatott agy képes volt tanulni a hangok statisztikájából: a hallás alapú tanulás anesztézia alatt is jelen volt, bár ez a betegekben még ébredés után sem tudatosult.
Már ez a kezdeti eredmény is „meglepő első hallásra” (épp, mint az oddball-hatás), de ami talán ennél is izgalmasabb, az a második kísérlet, ami ezután következett. A kutatók ekkor pár perces természetes beszédhangot, egy véletlenszerűen választott, jó hangos podcast-részletet játszottak be a még mindig mélyaltatásban lévő páciensnek a műtőben. Képzeljük el, mennyire abszurd, ahogy egy nyílt koponyás agyi műtét közben egyszer csak megszólal egy hangos csevegés természetről, földöntúli civilizációkról vagy napi gazdasági kérdésekről! Mindezzel azt vizsgálták, hogyan reagálnak az eközben rögzített hippokampális idegsejtek az egyes szavakra, a szöveg szintaktikájára (struktúrájára) és szemantikájára (jelentésére). Kiderült, hogy bizonyos neuronok érzékenyebbek voltak például főnevekre, mások inkább cselekvéseket kifejező igékre vagy érzelmekhez köthető szavakra reagáltak. Ez olyannyira jól működött, hogy utólag, a mért sejtekből, vagyis pusztán az idegi aktivitásból statisztikai szinten vissza lehetett dekódolni a hallott podcast jelentését és szövegét. A hippokampusz altatott állapotban is „értette” a hallott anyagot, sőt nemcsak kódolást végzett, hanem előrejelzést (predikciót) is: néhány szóval előre kódolni kezdte a szöveg várható tartalmát. Ez éber emberekben természetes jelenség – beszélgetés közben folyamatosan előre sejtjük, hogyan fejezi be a másik a mondatát –, és a modern nyelvi mesterséges intelligenciák is hasonló szövegpredikciókat végeznek. Az viszont teljesen új felismerés, hogy mindez tudat nélkül, anesztéziában lévő „lekapcsolt” agyban is működhet.
Mindez alapjaiban kérdőjelezi meg azt az elképzelést, hogy a bonyolult nyelvi, kognitív és gondolkodási folyamatok szükségszerűen csak tudatos élményhez kötődnek: úgy tűnik, az agy mély struktúrái, celluláris szinten ugyanúgy elemeznek és jósolnak tovább a tudat kikapcsolása alatt is. A felfedezés nemcsak filozófiai szempontból izgalmas – vajon akkor mi az, ami tényleg szükségszerű a tudathoz, tudatos észleléshez –, hanem gyakorlati implikációkat is hordoz: ha hasonló, viselkedéses választ nem mutató feldolgozás mutatható ki például súlyos agysérülés utáni kómában vagy vegetatív állapotban lévő embereken, az segíthet felmérni a megmaradt kognitív kapacitást, és új terápiás utakat nyithat – a jövőben akár olyan agy–gép interfészek felé, amelyek pusztán agyi jelekből képesek visszaadni a kommunikációt azoknak, akik elveszítettek mindenfajta motoros funkciót és a beszéd képességét.
A munka a Baylor College of Medicine laborjában, Dr. Sameer Sheth és Dr. Benjamin Hayden vezetésével jött létre, a publikáció linkje ITT található . A tanulmányt több száz híroldal, többek között a Time Magazine is szemlézte, mely ITT megtekinthető.
Gratulálunk Domokosnak a közreműködésért és további tudományos sikereket kívánunk!
