Megérteni valamit a világból

A Simons Collaboration on Ecological Neuroscience (SCENE – Simons Ökológiai Idegtudományi Konzorcium) húsz vezető kutatócsoportot fog össze a kognitív tudomány, az idegtudomány és a mesterséges intelligencia területéről. A konzorcium tíz éven keresztül, összesen 85 millió dolláros költségvetésből azt kutatja majd, hogyan értelmezi az agyunk a külvilágot, és hogyan alkalmazkodik a folytonosan változó természetes környezethez. A konzorciumot Lengyel Máté, a CEU Kognitív Tudományi Tanszékének professzora vezeti, akit arra kértünk, magyarázza el a projekt célkitűzéseit és jelentőségét.

„Tulajdonképpen már a kifejezés maga is, amit a pályázatunk címének választottunk, az ökológiai idegtudomány, szinte teljesen ismeretlen volt korábban. Rengetegen foglalkoznak azzal, hogy megértsék az agy működését, de mi konkrétan azt szeretnénk megérteni, hogy az agy hogyan lép kölcsönhatásba a környezettel. Hogyan kontrollálják az állatok azt, hogy mi történik velük, illetve a környezeti hatások oda-vissza hogyan befolyásolják az agy működését” – vázolta a professzor.

Az agy működése közmondásosan nagyon bonyolult, éppen ezért a hagyományos megközelítésben sokszor a végletekig leegyszerűsítik a kísérleteket, miközben a való világ nem ilyen, hiszen állandó kölcsönhatásban vagyunk a környezetünkkel. Ha bármit teszünk, azáltal valamit megváltoztatunk benne. Hogy ez az állandó visszacsatolás hogyan hat az agy működésére, illetve az agy hogyan teszi lehetővé az állatoknak, hogy ebben a visszacsatolt helyzetben hatékonyan tudjanak kölcsönhatásban lenni a környezettel – ez a speciális fókusza a most induló kutatásnak. „Ezek a kérdések elég régóta foglalkoztatják már a kutatókat, de nagyjából most értünk el a tudomány fejlődésének egy olyan pontjára, ahol ezeket a kérdéseket a legkonzervatívabb sztenderdek szerint is rigorózus pontossággal lehet vizsgálni anélkül, hogy túl sokat kellene beáldozni a kísérleti paradigmáink bonyolultságából. A cél az volt, hogy olyan kísérleti helyzeteket teremtsünk, ahol létrejön egy gazdagon visszacsatolt szituáció, de közben mindazokat a módszereket, amiket a klasszikus idegtudomány kidolgozott, már ilyen helyzetekben is tudjuk alkalmazni. Mondok egy nagyon egyszerű példát. Amikor a viselkedést vizsgálják állatokban, annak egy klasszikus módszere, hogy az állat egy dobozban van, a világtól elzárva, és van mondjuk egy pedál meg egy itató. Az állatnak annyit kell megtanulni, hogy ha megnyomja a pedált, jutalmat kap: vizet. Itt mindent nagyon könnyen lehet mérni és számszerűsíteni. De mi van akkor, ha az állat szabadon jön-megy, és mindenfélét csinál? Felvehetem videóra a mozgását, de mindezt hogyan tudom számszerűsíteni? Régebben mondjuk leültettünk volna elé egy egyetemistát, aki képkockánként kijegyzetel mindent, úgy öt évig mást se csinált volna. Ma viszont már léteznek olyan gépi tanulási módszerek, amiket rá tudunk ereszteni egy videóra, és kiadja ezeket a számokat pillanatok alatt, akár valós időben. Ez alapján akár már a kísérlet közben is lehet szabályozni, hogy mi történjen az állattal. Így egy nagyon kontrollált visszacsatolást tudunk elérni az állat viselkedése és a környezete között. Ma már olyan módszerek is rendelkezésre állnak, hogy egyszerre több százezer idegsejt aktivitását tudjuk követni hosszú távon” – fejtette ki Lengyel Máté.

Az elmélet és a gyakorlat kapcsolódása mindig kulcsfontosságú a kutatási projektekben. A konzorciumot alkotó 20 kutatócsoportból öten tisztán elmélettel foglalkoznak, néhányan elméleti és kísérleti munkát is végeznek, a legtöbben pedig csak kísérleteznek. A professzor azt is közölte: nagyon fontos eleme volt a pályázatnak, hogy négy fajta emlős – egér, denevér, makákó és ember – egyedein végzik a kísérleteket, mert azt remélik, hogy általános érvényű törvényszerűségeket is felfedeznek a különböző fajok viselkedésében. Embereken kizárólag egy amerikai csoport végez olyan vizsgálatokat, amelyek során az idegsejtek aktivitását is lehet mérni, természetesen a páciensek beleegyezésével. Mielőtt agyműtétet hajtanak végre valakin, elektródákat helyeznek el az agyában, és az ezek által küldött jeleket vizsgálják a projekt keretében. „Orvosi indikáció alapján kerülnek be az elektródák, de ha már ott vannak, ahelyett, hogy a betegek az ágyukban unatkoznának, lehet nekik mindenféle izgalmas feladatot adni, jönnek-mennek a parkban, miközben a hátizsákjukban rejlő műszerek mérik az agyműködésüket. Ez a kollaborátor kifejezetten a navigációs képességeket vizsgálja, az emberekkel foglalkozó többi csoport pedig a viselkedést tanulmányozza, nem az idegi aktivitást” – tette hozzá Lengyel Máté.

A pályázat egyik erőssége pont az volt, hogy a kollaborációt kifejezetten az elméletek vezetik. Az elméleti szakemberek mélyen részt vesznek a kísérletek megtervezésében, majd az adatok kiértékelésében is. Először megalkotnak egy elméleti keretet, abból születnek jól definiált kérdések, adott esetben konkrét jóslatok, ezek alapján a kísérletező csoportokkal közösen kitalálják, mik legyenek azok a kísérletek, amelyekkel ezeket a predikciókat tesztelni lehet. Miután megvalósulnak a vizsgálatok, a kísérleti és elméleti csoportok közösen elemzik az adatokat, hogy megválaszolhassák a kiinduló kérdéseket.

Fontos szempont, hogy a finanszírozó milyen eredményt vár el a projekt lezárásakor, mivel lesz elégedett. „Az a csodálatos, hogy szemben azzal, amit mostanában a magyar kutatásfinanszírozásról lehet hallani, a Simons Alapítvány elismeri azt, hogy lehet egy tízéves, 85 millió dolláros támogatású projektnek az eredménye, hogy megértettünk valamit. Nem kell elkészítenünk egy orvosságot, vagy kifejleszteni egy robotautót, hanem igenis önmagában az érték, hogy valami fontosat megértettünk a világból. De tegyük hozzá, hogy nemcsak nálunk, hanem mostanában világviszonylatban is elég gyakran emlékeztetni kell a nagyközönséget és a kutatásfinanszírozókat, hogy az úgynevezett alapkutatások, a felfedező vagy kíváncsiság-vezérelt kutatások is nagyon fontosak.” Lengyel Máté részletesen kifejtette: azt szeretnék megérteni, hogy egy bizonyos fajnak a testi adottságai, az ökológiai élettér, amit elfoglal, az idegrendszerének bizonyos alapbeállítottságai közösen hogyan határozzák meg azt, hogy az ő agya mit reprezentál a külvilágból. „Háromféle reprezentációs stratégiát különböztettünk meg, amelyekről azt gondoljuk, elvileg jó oka lehetne az agynak arra, hogy használja ezek valamelyikét, vagy ezek valamilyen kombinációját. Az első: lehet, hogy az agy azt próbálja meg elérni, hogy mindent, ami a külvilágban megjósolható, meg tudjon jósolni. Számtalan bizonyíték van már arra, hogy anélkül, hogy észrevennénk, az agyunk állandóan ilyen jóslásokba bocsátkozik. Ez egyébként nemcsak a fizikai világra igaz, hanem azt is állandóan megpróbálja megjósolni az agyunk, hogy a fajtársaink mit szándékoznak csinálni, mit gondolnak, hogyan fognak viselkedni, stb. A másik stratégia, hogy kifejezetten azokat a dolgokat reprezentáljuk, amiket valahogy kontrollálni tudunk, amik lehetőséget adnak arra, hogy a világgal kölcsönhatásba lépjünk. A harmadik lehetséges stratégia pedig az, hogy az agy alapvetően olyan dolgokat próbál reprezentálni, amikből valamilyen jutalom vagy büntetés származik. Ezek a végletes hipotézisek persze önmagukban azonnal megcáfolhatók, és itt vége is lenne a történetnek, de inkább arról van szó, hogy ezek konceptuálisan hasznos háromszögelési pontokat jelentenek. Vannak ezek az extrém lehetőségek, és az a kérdés, hogy az ezek közötti térben, ahol az összes reprezentációs stratégia megtalálható, amit az agy választhatna, melyiket választja. És ezt meg tudjuk-e jósolni az alapján, amit egy faj ökológiájáról tudunk. Ez az, amit szeretnénk megérteni.”

Mivel a technológia rohamosan fejlődik, előretekintve tíz évre biztosan mondható, hogy szükség lesz menet közben is változtatni a módszereken, felhasználni a legújabb eredményeket, lehetőségeket. A professzor szerint mivel a résztvevők a maguk területén mindannyian a legjobbak közé tartoznak, képesek lesznek arra, hogy a legújabb eredményeket integrálják a projektbe.