Amikor egy új feladatot elsajátítunk, egy dalszöveget megjegyzünk, vagy tájékozódunk egy ismeretlen helyen, az agyunk nem csupán információt tárol – valódi szerkezeti változáson megy keresztül. Ez a folyamat az idegsejtek közötti kapcsolatok, a szinapszisok átrendeződésével jár, amit a tudomány szinaptikus plaszticitásként ismer.
A Kaliforniai Egyetem San Diegó-i kampuszának (UC San Diego) kutatói, William “Jake” Wright, Nathan Hedrick és Takaki Komiyama vezetésével új megvilágításba helyezték ezt a plaszticitási folyamatot.1 A kutatás – amely a Science folyóiratban jelent meg – a tanulás során bekövetkező agyi változásokat vizsgálta valós időben, élő egerek agyában, kétfotonos képalkotási technikával.
A tanulás nemcsak emlékezés, hanem biológiai átalakulás
A korábbi feltételezésekkel szemben a kutatók azt találták, hogy a tanulás során nem egységes szabályrendszer alapján módosulnak a szinapszisok. Az egyes neuronok különböző szinaptikus kapcsolatai más és más módon reagálnak – attól függően, hogy a neuron mely részén helyezkednek el. Ez arra utal, hogy az agy képes párhuzamosan több tanulási szabály szerint működni, ami komplexebb idegi számításokat tesz lehetővé.
„Ez a felfedezés alapvetően megváltoztatja azt a módot, ahogyan az agy megoldja a kreditek hozzárendelésének problémáját, azzal a koncepcióval, hogy az egyes neuronok különböző számításokat végeznek párhuzamosan, különböző szubcelluláris rekeszekben” – mondta Takaki Komiyama, a tanulmány vezető szerzője, a Neurobiológiai és az Idegtudományi Tanszék professzora, a Halıcıoğlu Adattudományi Intézet és a Kavli Agy és Elme Intézet kutatója.
A tanulás rejtett rendszere
Az új eredmények kulcsfontosságú kérdésre világítanak rá: hogyan dönti el az agy, hogy egy viselkedésváltozást mely szinapszis „érdemel ki”? Ezt a problémát a kutatás kredit-hozzárendelési problémának nevezi. A neuronok helyi információk alapján módosítják szinapszisaikat, miközben az egész viselkedési minta eredményessége globális szinten mérhető. A most feltárt több-szabályú működés segíthet áthidalni ezt a látszólagos ellentmondást.
Új irányok a mesterséges intelligenciában és az orvostudományban
A kutatás hatása túlmutat az idegtudomány szűkebb keretein. A mesterséges intelligencia jelenlegi rendszerei többnyire egységes tanulási szabályokra épülnek, azonban az agy természetes működését utánzó, párhuzamos és régióspecifikus tanulási modellek tervezése új távlatokat nyithat az MI fejlődésében – közelebb hozva az algoritmusokat az élő idegrendszerek komplexitásához.
Az eredmények ugyanakkor az orvostudomány számára is ígéretesek. A tanulási folyamatok zavarai számos neurológiai és pszichiátriai kórkép – például az Alzheimer-kór, az autizmus, a poszttraumás stressz zavar vagy a szenvedélybetegségek – kialakulásában is szerepet játszanak. A szinaptikus plaszticitás finomabb megértése új terápiás lehetőségeket alapozhat meg, célzottabb beavatkozási pontokat kínálva az agy regenerációs képességeinek támogatásához.
Tanulás: a hosszú élet egyik kulcsa
A tanulás nem áll meg az iskolapadnál. A folyamatos alkalmazkodás, fejlődés és új kapcsolatok kialakítása az agy egészségének és a mentális vitalitásnak egyik alappillére. Az új kutatás megerősíti: az agy rugalmas, komplex, és képes újraírni önmagát – akár évtizedeken át.
Talán éppen ez a tanulás legnagyobb ajándéka, hiszen nemcsak információkat hagy bennünk, hanem új idegi ösvényeket is, amelyek révén hosszabb, teljesebb életet élhetünk.
