A Royal Society lapjában, az Interface-ben nemrég publikált SISSA kísérletben olyan matematikai elvekre épülő modellt (számítógépes szimulációt) teszteltek, amely megmagyarázza, hogyan jönnek létre az agyban térképek, és ezek hogyan alkalmazkodnak az egyént alakító környezethez.

Euklidészi geometria az a mértan, amelyet az iskolában tanulunk, a nem-euklidészi geometriák pedig azok, amelyek az öt euklidészi posztulátumból egyet vagy többet elvetnek. Erre példa valamely görbült felület geometriája. 

„Az emberi kultúrának több évezred kellett ahhoz, hogy a nem euklidészi terek matematikai megformulázásáig eljusson, de igen valószínű, hogy agyunk sokkal hamarabb is eljuthatna oda. Valójában a rágcsálók agya is nap mint nap megteszi, igen természetes módon” – állítja a SISSA idegtudósa, Alessandro Treves.

Korábbi kutatások azt vizsgálták, hogyan kódolja az agy a lapos tereket. 2005-ben Edvard és May-Britt Moser felfedezte a rágcsálók agyában a rácssejteket (grid sejtek), a szaglókéreg ún. térsejtjeit: ezek jellegzetes módon sülnek ki, amikor egy állat egy arénában mozog. Felfedezésükért 2014-ben elnyerték a Nobel díjat.

Edvard és May-Britt Moser

Eddig azonban minden kísérlet lapos (euklidészi) felületekkel történt. Mi a helyzet más felületekkel? A kiindulópont ilyen agyi „térképek” létrehozása. 

„A magyarázattal próbálkozó elméleti modellek azt feltételezik, hogy agyunkban ott egy ’mérnök’, aki megfelelően előkészítette a dolgokat, és hogy a rendszer komoly előzetes tudással indul. E modellek igen hűen írják le a biológiai rendszer viselkedését ismert feltételek mellett, hiszen éppen ezek megfigyelése alapján alakították ki őket. De mi a helyzet más feltételek esetén, amelyeket csak ez után tárunk fel kísérletileg? Egy jó elméletnek többet kell mondania annál, amit már tudunk” – mondja Treves.

A kutatók 2005 óta új modellen dolgoznak, amely ’mesterséges’ rácssejtekkel szimulálja a valódi rácssejtek viselkedését. A modell matematikai szabályokra épül, ugyanakkor végső jellemzőit az a környezet határozza meg, amelyben tapasztalat alapján tanul. Treves-ék korábbi kísérleteikben a modellt lapos felületeken tesztelték: ezekben a mesterséges rácssejtek ugyanolyan hatszögletű szimmetrikus tüzelési mintát produkálnak, amilyet a biológiai sejtek.

Hogy modelljüket új helyzetre alkalmazzák, a kutatók átvitték azt egy nem-euklideszi térbe. A legegyszerűbbet választották: állandó görbületű teret, más szóval szférát vagy pszeudoszférát.

Pszeudoszféra. Bolyai János-emlékmű, Marosvásárhely

A most publikált kísérlet a pszeudoszféra-felületnél kapott eredményeket mutatja. Ez esetben a tüzelési minta hétszögletű szimmetriával rendelkezik. Az eredmény könnyen összevethető a valódi rácssejtek tüzelésével olyan rágcsálóknál, amelyek pszeudoszféra-felületeken nevelkedtek.

„Várjuk trondheimi Nobel díjas kollégáink kísérleti eredményeit. Ha megerősítik a mieinket, új elméleti megfontolások következnek, amelyek új kutatási irányokat nyitnak.”

E térképek tehát alkalmazkodnak az egyén környezetéhez, vagyis genetikailag nem előre meghatározottak. Ha pedig a kutatók új kísérleti körülményeknél hétszögletű szimmetriát kapnának – ami azt mutatná, hogy az agy képes nem-euklideszi teret kódolni –, ez arra is utalna, hogy a rácssejtek számos másfajta tér kódolásában is szerephez juthatnak, absztrakt tereket is ideértve.

„Képzeljük el például a mozgások terét, a különböző emberi arckifejezésekét, vagy adott tárgy – mondjuk gépkocsi – formáiét: mindezek folytonos terek, amelyeket a rácssejtekkel nem azonos, de hozzájuk hasonló sejtek képezhetnek le.”

La Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati di Trieste

Forrás: www.sissa.it, szerk.: Jakabffy Éva