A megismerés legfontosabb eszközéről, az emberi agyról még nagyon keveset tudunk. Ugyanakkor a civilizáció fejlődése, valamint az információs forradalom eredményeképpen ez a szervünk van legjobban terhelésnek kitéve. Ezzel van szoros összefüggésben, hogy az idegrendszeri megbetegedésekben, kóros lelki elváltozásokban (neurózis, szorongás, depresszió stb.) szenvedők száma világszerte állandóan növekszik. A XXI. század nagy kihívása egyrészt a különböző idegrendszeri és elmekórtani megbetegedések terápiájának megoldása, másrészt - de ez már nem csak orvos-biológiai szempontból, hanem filozófiai szempontból is fontos -, hogy választ tudjunk adni az agy és tudat kapcsolatára.

Vizi E. Szilveszter Széchenyi-nagydíjas orvos, farmakológus, 2002-2008-ig az MTA elnöke 

A tudatot a Nobel-díjas elektrofiziológus, Sherrington (1940) az ember megoldhatatlan misztériumának nevezte, amellyel Eccles (1970) szerint Aristoteles óta filozófusok és tudósok ezrei foglalkoztak (Schrödinger, 1958; Teilhard de Chardin, 1959; Polányi, 1966; 1968, Wigner, 1964, 1969; Jaki, 1969;1999 Popper, 1968, 1998, Blakemore, 1977, Popper és Eccles, 1977, Hámori, 1982, Creutzfeld, Eccles és Szentágothai, 1987, Stapp, 1993, Penrose, 1994, Eccles, 1964,1970,1994, Crick, 1994, Scott, 1995, Kripner, 1994, Kampis, 2000).

Charles Scott Sherrington angol orvos, neurofiziológus. A szinaptikus kapcsolódási rendszer bizonyításáért Nobel-díjat kapott

Az agykutatók kérdései

Az agykutató számára különösen fontos, hogy megtudja, mi biztosítja a kapcsolatot a külvilág, az agy és a belső énünk, a tudatunk között (Popper és Eccles, 1977). Választ akar kapni, hogy az idegrendszer milyen szerepet játszik a tudat fenntartásában, hogy Polányi (1968) elgondolása milyen mértékben fogadható el - nevezetesen, hogy az élő szervezet struktúrája és működése a fizika és kémia által nem megmagyarázható határterületen valósul meg. Vagy talán a tudat hat az agy működésére és nem fordítva? Eccles (1994) - elfogadva az elméleti fizikus Stapp (1993) érveit a tudat kvantumfizikai magyarázatára - a dualizmus védelmében további elképzeléseket közölt a How the self controls its brain című könyvében. Crick (1994) Ecclesnek szánta válaszul tanulmányát, hogy minden lelki folyamat az idegsejtek hatalmas halmaza működésének az eredménye.

Egy másik izgalmas kérdés, hogy vajon a tudat hat-e az agy működésére. A legújabb neuro-immunológiai eredmények arra utalnak, hogy az aktuális tudati állapot jelentősen befolyásolni tudja a kognitív és nem-kognitív ingerekre adott immunválaszt (Elenkov és mtsai. 2000). Kripner (1994) a test-lélek posztmodern megfogalmazásának tekinti a szociál-pszichoimmunológiát. Megítélése szerint a test-lélek dualizmusát igazolják azok a megfigyelések, hogy a kis és nagy közösségekben, illetve izoláltan élő egyének lelki állapota, amely kognitív ingerekre, behatásokra jelentkezik, teljesen eltérő. Ezt a nézetet támogatja az az ismert adat is, hogy a nem-kognitív külső ingerekre, például fertőzésekre vagy súlyos, rosszindulatú megbetegedésekre az immunválaszok mennyisége és minősége és általában a beteg ellenálló képessége a személy pillanatnyi lelkiállapotától függ.

A neurokémiai, farmakológiai és a funkcionális neuroanatómiai technikák robbanásszerű fejlődése az elmúlt évtizedekben folyamatosan változtatta az idegrendszerről, az agy működéséről vallott elképzeléseinket. Az agyban és a perifériás idegrendszerben a ma már tankönyvi adattá vált jelátviteli modell, a szinaptikus, digitális, igen-nem rendszerben működő és a másodpercek milliomod része alatt lezajló információáramlás mellett bizonyítékot nyert, hogy az idegsejteknek egymás közötti kommunikációjának van egy másik formája is, amire az analóg-rendszer elve a jellemző. Az idegsejtek kémiai anyagok segítségével, az extracelluláris teret felhasználva diffúzió útján nem-szinaptikus kapcsolatokat tudnak létrehozni, és ezzel sok millió idegsejtet egyszerre tudnak tartósan befolyásolni (Vizi, 1980, 1984, 2000, Fuxe és Agnati, 1991), egymás hatását preszinaptikusan, tehát az ingerületátvivő anyag felszabadulása helyén gátolni (Vizi, 1968, 1979; Paton és Vizi, 1969; Vizi és Lábos, 1991).

Szinaptikus (digitális) információátvitel

Az agy működésében az idegsejtek közötti információáramlásban kulcsszerepet játszó szinaptikus kapcsolódási rendszer (amelynek bizonyításáért Sherrington Nobel-díjat kapott) nagyon hosszú fejlődésen ment keresztül. Annak a jelenségnek a felismerése, hogy az ideg és az izom között, az idegből valami anyag szabadul fel, és ez biztosítja a kapcsolatot, az üzenetközvetítő szerepét, nagyon messzire nyúlik vissza. Ez arra is utal, hogy a tudósi gondolkodás építkező jellegű. Korábban megfogalmazott gondolatokra, már elért eredményekre támaszkodik, amelyek aztán tartósan befolyásolják az utódok gondolkodásmódját, a gondolatok fejlődése pedig fontos szerepet játszik az igazság mindig teljesebb, de sohasem tökéletes megismerésében. Érdemes végigtekinteni, hogy hogyan jutottunk el az agy működésének napjainkban elfogadott elméletéhez.

Hippocrates, a nyugati orvostudomány megalapítója az egészséget még a tudat, a test és a környezet holisztikus egységének képzelte el. Aristoteles viszont a tudatot függetlenítette az agy struktúrájától, sőt meg volt győződve, hogy a tudat a szívben helyezkedik el. Már Galenus (K.u. 131-210) is a "De motu musculorum" c. könyvében az alexandriai orvosi iskola egy nagy alakjára Erasistratosra (K.e. 290) hivatkozik, amikor azt állítja, hogy "animal spirit" van az agy kiterjesztett részeit képező, az izomzathoz elvezető csöves idegekben. Az izomba az idegekből levegő (pneuma) áramlik ki, és ez az izom térfogatát megnövelve hozza létre az izom összehúzódását. Ez a könyv, és általában Galenus már fontosnak tartja a tapasztalást, de csak az elmélet igazolásához tartja fontosnak, nem annak vitatására. Ő már szenzoros (puha) és motoros (kemény) idegeket, sőt fájdalomérző idegeket is megkülönböztet.

A IV-V., században az egyházatyák, főleg Nemeziosz, Emesa püspöke, valamint Szent Ágoston (akik egyébként az első frenologusok voltak) szintén állást foglalt ebben a kérdésben: az emberi gondolkodás három legfontosabb funkcióját az agy üreges részeibe, az agykamrákba képzelték el.

A reneszánsz idején újra kezdődik az emberi test boncolása. Leonardo da Vinci 1504 és 1507 között már pontos rajzokat készít az agykamrákról és az agykéregről a firenzei Santa Maria Nuova kórházban. Vesalius a XVI. század közepén a De Humana corporis fabrica című könyvében az agytekervényekről már tökéletes ábrákat közöl.

Andreas Vesalius németalföldi orvos, anatómus 1543-as agy-ábrázolása

Csak néhány évszázadnak kellett eltelni, és Broca 1861-ben a Párizsi Antropológiai Társaság ülésén ismerteti egy boncolásának eredményét, nevezetesen hogy a beszélőképesség elvesztése, az aphasia a bal homloklebeny sérülésével van kapcsolatban. Ezzel első esetben lokalizálja egy szellemi funkciónak a nevét.

Paul Broca francia anatómus, idegsebész és a Broca-terület

A XVI. század elejéről származik egy metszet (1. ábra), amelyen jól látható, hogy az elülső agykamrába a képzelőerőt (Fantasia) és a közérzetet (Senso Communis), a másodikba a képzeletet (Imaginativa) helyezték. A gondolkodást (Cogitativa) és az emlékezetet (Memoria) a hátsó agykamrában képzelték el. Galenus nézetei a latin világban Avicenna művein keresztül a XII-XIII. században váltak ismertté és elfogadottá. A XI. században a szerzetesek Galenus tanai, valamint az arab orvoslás tradíciói alapján gyógyítanak. Tevékenységük középpontjában a szeretet áll, amely az orvos-beteg kapcsolatában teljesen új a görög-romai orvosi etikához viszonyítva. Ez a magatartásforma Jézus és tanítványainak hatására terjed el az egész világon. A szamaritánusról szóló példabeszédben világosan megfogalmazódik a beteg, segítségre szoruló ember ellátásának erkölcsi normája (Vizi, 1999). A szerzetesek orvosi tevékenysége, amely a bencések montecassinoi központjából terjedt szét egész Európában, a salernoi, és a montpellieri orvosi iskolákból kikerülő orvosok működése, valamint az a tény, hogy főleg a kolostorokban gyógyítottak, nagyon felerősítette a betegségek isteni eredetére utaló felfogást. A skolasztikusok a X-XV. században egyébként az orvostudományban szinte kizárólag Hippocrates és Galenus műveire, elveire hivatkoztak. A kort jól jellemzi Boccaccio (1313-1375) verse, Majtényi Zoltán fordításában: 

          "Hippocrates, Avicenna, Galenus, 
          vagy gyémánt, zafír, vagy gyöngy, vagy rubintok,
          vagy jácint, pemetefű, rozmaringok, 
          vagy zsoltár, ima vagy orkán ..."

Boccaccio tehát világosan összefoglalta kora eszközeit: Hippocrates, Avicenna, Galenus még mindig uralkodó szakmai ismereteit, az ékkövekbe vetett varázslatos gyógyerőt, a népi megfigyelésen alapuló gyógynövényeket és a kor szellemének megfelelően a vallásos hitet kifejező zsoltárt és imát.

Révai Miklós (Izsó Miklós alkotása) és René Descartes szobra (Emil Wolf berlini szobrász alkotása) a Magyar Tudományos Akadémia Székházán

Egészen a XVII. századig a gyógyításban és az emberi test felépítéséről vallott nézetekben az előbb említett elképzelések uralkodtak, amikor is dualista szemléletének megfelelően Descartes (1662) elkülönítette a testet és a lelket, viszont világosan megfogalmazta, hogy az emberi lélek székhelye az agy. Véleménye szerint a tobozmirigyben hat egymásra a lélek és az animal spirit. Az agy működését géphez hasonlította, az ember válaszait a külvilági eseményekre automatikusnak képzelte el: innen származik reflex elmélete (De homine, 1633; Les passions de l'ame, 1649). Platonnal ellentétben viszont már azt állította, hogy a test és a lélek kölcsönhatásban van egymással. Tanulmányaiban, Platonhoz hasonlóan, arról ír, hogy levegő áramlik be az izomzatba.

Croone oxfordi professzor 34 oldalas könyve, a "De ratione motus musculorum" (1664) két évvel Descartes könyve után jelenik meg. Érdekes, hogy itt fordul elő először a transmitter kifejezés, amelyet ma is használunk a kémiai ingerület átvitel kifejezésére ("... ita spiritus transmittere, ut folus Musculus ABCD-moveatur"). Már arról ír, hogy a csöves idegekből nem csak levegő, hanem folyadék(!) is felszabadul, és ez találkozik a vérrel, így jön létre az izom kontrakciója. Ez az elképzelés a kor iatrokémia elméleteivel van viszont teljes összhangban.

A XVII. századra megváltozik az addig jellemző theurgikus elképzelés, hogy minden betegség isteni eredetű, azaz Isten büntetése. Az angol Thomas Willis De motu musculorum (1684) c. könyvében, a "lelket" már nem kamrákban, hanem az agykéregben, illetve kéreg alatti területekben képzeli el. A könyv, amelyet lefordítottak angolra, az elmebetegségről ("of madness") már nem említi, hogy az Isten büntetése, sőt a betegség okát az agyban véli felfedezni: "...madness ... seated in the brain" (a bolondság ...az agyban székel), és az idegekből felszabaduló "spirit" hibája okozza: "... but the spirits themselves are first and chiefly in faults". Croonehoz hasonlóan véleménye szerint a "spirit" az idegből szabadul fel, és találkozik az agyban a vérből felszabaduló szellemmel, de az agy működéséért nem ez, hanem a szürke- és a fehérállomány a felelős. Ő már kimondja, hogy az ember nem tehet arról, hogy elmebeteg, tehát betegsége nem az életében elkövetett bűnök, hibák, törvénysértések stb. miatt elnyert isteni büntetés. Az epilepsziát sem az Isten haragja, büntetése okozza, hanem az ember agyának működési zavarával, meghibásodásával van összefüggésben. Így ír: "... the middle of the brain is always the primary seat of the Epilepsie ..." (...az agy közepében van az Epilepszia elsődleges széke...).

Thomas Willis, W. Read rézmetszete D. Loggan nyomán

Az állati elektromosság felfedezését (Galvani, Volta) követi az az elképzelés, hogy az elektromosság játszik szerepet az ingerület tovaterjedésében. A XIX. század végére bizonyos fokú visszalépést jelent a "kontinuitás" tana, a reticuláris elmélet, tehát hogy az idegsejtek egy komplex hálószerű struktúrát képeznek (Gerlach, 1871; Golgi, 1885; Apáthy, 1900, 1907; Held, 1905; Boeke, 1932, 1940).

Ifj. Apáthy István zoológus, orvos, politikus, az MTA tagja

Az egyetlen hálózatot feltételező elmélet, amely főleg Apáthy István kolozsvári neuroanatómus nevéhez fűződik, nagyon sokáig tartotta magát és komoly ellentétben állt az először His (1886) és Forel (1887) által leírt, majd Ramón-y-Cajal (1911) által bizonyított "neuron" elmélettel. Ezen utóbbi lényege, hogy az idegsejtek önálló egységek, amelyek egymástól elválasztva, de egymással bizonyos fokú összhangban működnek. Ramon-y-Cajal és Sherrington, majd Szentágothai munkássága, de főleg a kémiai ingerületátvivő anyagok (acetilkolin, noradrenalin; Otto Loewi, Henry Dale, von Euler) felfedezése után vált a neuronelmélet teljes mértékben elfogadottá.

Santiago Ramón y Cajal. Az idegrendszer szövettanának feltárásáért Camillo Golgival megosztva Nobel-díjban részesült

A szinapszis elnevezés egyébként Sherringtontól származik, aki így nevezte el a neuronok közötti "surface separation"-t, a rést, amelynek tágassága 10-30 nm azaz a milliméter majd milliomod része. A szinaptikus rést azóta az információáramlás legfontosabb, kivételezett színhelyének fogadjuk el. A mozgató ideg és a harántcsíkolt izom között az ingerület átvitelét, tehát az információ továbbítását a csomagocskákból felszabaduló kémiai anyag, az acetilkolin biztosítja. Ennek felfedezéséhez az elektronmikroszkóp, az elektrofiziológiai méréstechnika alkalmazása, az acetilkolin mint üzenetközvetítő kémiai anyag, valamint a neurokémiai preparálás-technika közel egyidejű felismerése vezetett. Ennek a kommunikációs lehetőségnek az a lényege, hogy az idegsejtek egymással vagy más sejtekkel paritásos (1:1) alapon, kémiai anyagok segítségével szinaptikus, intim kapcsolatot létesítenek.

Santiago Ramón y Cajal rajza a neuronokról

A szinaptikus résben az ingerületátvivő anyag koncentrációja nagyon magas (0.1-10 mM). Az ingerületet fogadó sejt, amely az ingerületátvivő kémiai anyagra érzékeny, de alacsony affinitású receptorokkal van felszerelve, időben, térben és funkcióban pontosan csatlakozik a preszinaptikus axon terminálhoz. A szinapszisban az ingerület áramlása egyirányú, és a kémiai jellé vált elektromos jel ismételten elektromos jellé változik, ezzel biztosítva az ingerület 10-50 km/h sebességű tovaterjedését. Ez azt jelenti, hogy Descartes reflexmodelljének (2. ábra), amely az érző- és mozgatópályákra ad példát, kb.50-100 msec kellett, amíg észlelte, hogy a tűz fájdalmat okozott neki, és még egyszer ennyi idő, azaz összesen 100-200 msec, vagyis 0.1-0.2 másodperc kellett ahhoz, hogy a mozgató idegen keresztül az ingerület a harántcsíkolt izomzathoz elérjen, és segítségével a személy a kezét elrántsa. Ma már tudjuk, hogy az idegmozgató végkészülékéből felszabaduló kémiai anyag, az acetilkolin (Otto Loewi) az izom felszínén a szinapszisban jelenlévő receptorok izgatása révén Na+ és Ca2+ belépést okoz, és ezzel depolarizálja az izomzatot, amely összehúzódik. Hasonló a szinaptikus ingerület-átvitel az agyban is, de itt vannak extraszinaptikusan elhelyezkedő, magas affinitású receptorok is, amelyek az agy 12-25%-át kitevő extracelluláris térben diffúzióval terjedő, endogén anyagokra érzékenyek (Vizi, 2000).

Az emberi agy átlagban 1,5 kg súlyú, mintegy 101O bit kapacitással rendelkezik és kb. 300 milliárd idegsejt alkotja. Az idegsejteknek ezt a mennyiségét talán az jellemzi legjobban, hogy ha ezeket egymás után kapcsolnánk, akkor 400 000 km hosszú idegpálya keletkezne. A 300 milliárd idegsejt mindegyikéhez több ezer másik neuron kapcsolódhat szinapszisok révén, és ezt a fantasztikus mennyiségű idegsejtet, amely a tudat hardverének is tekinthetünk, a különböző idegi eredetű kémiai anyagok óriási mennyisége szabályozza, tartja működésben.

Szentágothai János Kossuth-díjas anatómus, országgyűlési képviselő, 1976-tól 1985-ig MTA-elnök

Nem-szinaptikus (analóg) jelátvitel

A preszinaptikus receptorok elektrofiziológiai (Devanandan, Eccles és Yokota, 1965), majd neurokémiai, farmakológiai felismerése (Vizi, 1968; Paton és Vizi, 1969) alapján arra a következtetésre jutottak a kutatók, hogy a kémiai ingerület-átvitel preszinaptikus receptorok segítségével, tehát a felszabadulás helyén is befolyásolható: gátolható, sőt fokozható. Ezen jelfogó fehérjéken (receptorokon) keresztül "beszélgetés" létesülhet a neuronok között.

1984-ben a szinaptikus kapcsolódási rendszer mellett, amely tulajdonképpen digitális elven működik, leírtunk (Vizi, 1984) egy olyan rendszert, amely lényegesen különbözik a "huzalozott", igen-nem elven működő információs átviteli rendszertől, és ez mind az agykéregben, mind a kéreg alatti területeken, vagy akár a limbikus rendszerben analóg módon működik. A nem-szinaptizáló noradrenerg, dopaminerg, szerotoninerg, kolinerg idegvégződésekből, a varikozitásokból nagy mennyiségben felszabaduló kémiai ingerületátvivő anyagok, vagy a nitrogén monoxid az extraneuronális térben, amely az agytérfogatának 20-25%-a, több száz mikrométer távolságra is diffúzióval eljutva a nem-szinaptikusan elhelyezkedő receptorokra és transzporter fehérjékre hatva hosszú másodpercekre, percekre tartós hatást képesek kifejteni, és ezáltal befolyásolni a különböző neuronok és neuronhálózatok működését, gátolva illetve fokozva aktivitásukat. A nem-konvencionális, nem-szinaptikus mechanizmussal, diffúzióval terjedő, analóg jelrendszernek felfogható, elektromosból kémiaivá vált üzenet a neuronhálózatok, a neuronok működését nagy területen képes befolyásolni (3. ábra). Ezen mechanizmus segítségével képes az idegrendszer az emberi agy működésében a hangulati elemeket, a befutó szenzoros ingereket, az érzelemvilágot, a tanulási mechanizmusokat stb. tartósan befolyásolni. A két rendszer, tehát a digitális és az analóg rendszer közötti, még nem nagyon ismert kapcsolat feltárása jelentős előrelépést jelent majd az agykutatásban, például a lelki jelenségek megismerésében.

Az agyi plaszticitás, a különböző ideig tartós neuronális, neuron hálózati gátlások valószínűleg könnyebben magyarázhatók a nem-szinaptikus, az extraneuronális térben diffúzióval terjedő modulátor anyagok szintjének változásával, a neuronhálózatok aktivitásának analóg típusú, tónusos befolyásolásával. A peptidek extraszinaptikus felszabadulása, a nem csak axon terminálishoz kötött transzmitter felszabadulás, az esetleg posztszinaptikus membránból felszabaduló anyagok (pl. adenozin vagy ATP) mind arra utalnak, hogy a klasszikus dogma, azaz hogy a kémiai ingerület egy irányban, a szinapszisban terjed, és az agy működése csak úgy képzelhető el mint egy huzalozott rendszer, valószínűleg nem igaz. Még hosszú időnek kell eltelni, míg a kézikönyvekben megváltozik az a nézet, amelyet Cajal zseniális felfedezésére, a neurontanra, és Sherrington felfedezésére, a szinapszis kizárólagosságára alapoztak.

Külvilág-Agy-Belvilág

Korunk modern medicinájának legizgalmasabb területe, hogy milyen kapcsolat van az agy és a szervezet működése (pl. lelki és testi betegségek, immunválaszok) között, különös tekintettel a lelki jelenségekre. Így érthető, hogy hogyan vált az agy működésének, tehát a megismerés eszközének feltárása az emberiség legnagyobb kihívásává, tudomásul véve a teljes megismerés lehetetlenségét.

A neurokémia, a neurofarmakológia fejlődése a biológiai pszichiátria gyors térhódítását eredményezte. Az új és egyre szelektívebb gyógyszerek megjelenése, amelyeket az agy normális és kóros működésében kulcsszerepet játszó kémiai ingerület-átvitel egyes elemeinek felismerése alapján fejlesztettek ki, tette lehetővé, hogy az empirikus "ex iuvantibus" kezelés helyett egyre inkább célzottan megválasztott, racionális farmakoterápiát alkalmazhassunk. Az endogén ligandumok, szervezetben előforduló kémiai anyagok (acetilkolin, noradrenalin, dopamin, szerotonin, glutaminsav, GABA stb.) melyek a neuronok, illetve neuronhálózatok között kémiai úton biztosítják az ingerület (izgató vagy gátló) tovaterjedését, mint egy "master key", nem-szelektíven, a ligandumra érzékeny receptor-család valamennyi altípusára kifejtik a hatásukat. A pre- és posztszinaptikusan elhelyezkedő receptorok altípusainak molekuláris-biológiai, farmakogenetikai, illetve farmakológiai azonosítása viszont lehetővé teszi, hogy a gyógyszerkutatás az egyes altípusokra szelektíven ható, gátló vagy izgató tulajdonságú gyógyszert fejlesszen ki. Így válik majd lehetővé, hogy a központi idegrendszer kóros folyamatait szelektíven befolyásolni tudjuk. Tehát a transzmitterek felszabadulását, inaktivációját, terjedését, hatását befolyásoló gyógyszerek új utat nyitnak az idegrendszeri megbetegedések gyógyításában és az agy-tudat kapcsolat feltárásában.

Jelentős változást jelentett Karl Popper (1968) elmélete, aki Descartes dualista felfogását elfogadta, és amelyet Eccles (1977) az agykutató gondolkodásmódjának sajátosságaival bővített ki. Híres könyvükben a The Self and its Brain-ben (1977) a liberális Popper és a mélyen katolikus Eccles teljes egyetértésben fogalmazzák meg a három "világ" elméletüket (l. 4. ábra). A World 1-hez tartozik maga az élővilág struktúrája és az ember által teremtett tárgyak. A World 2-höz tartozik a tudat szubjektív értelemben, azaz az érzékelés, a gondolkodás és az érzelmek. A World 3 része a tudat objektív értelemben: a tudományos, irodalmi és művészeti gondolatok termékei, azaz az emberi kultúra részei. Ennek értelmében Pheidias szobra a World 3-ba tartozik, a belerejtett szépség, amely mindenkinél másképpen jelent szépet, a World 2-be. Az emberiség kreatív intellektuális gondolkodásának terméke a World 3 része. Abban a pillanatban, hogy nyelvi kifejezést nyernek a két nagy tudományterület, a széptudományok és természettudományok művelőinek "privát" gondolatai, a World 3 részeivé válnak a gondolatok, a feltárt törvényszerűségek. Ebből a World 3-ból a széptudományok (humanities) az embert, a természettudományok (natural sciences) a természetet akarják feltárni, megérteni. Meg kell jegyezni, hogy Popper World 3-ja, az objektív lélek világa nem egyezik a platoni formák és ideák világával. Platonnál ez az örök igazságok tárháza, amely az ember céljai közé tartozik, azaz az ember által nem változtatható. Popper World 3-ja az emberiség tudatának a terméke, és úgy keletkezik, gyarapszik, ahogy az ember meg akarja ismerni a világot.

A 4. ábrán Eccles, az agykutató kísérletet tesz, hogy a három világ közötti kapcsolatrendszerben a World 1-be tartozó agy és az idegrendszer szerepét is hangsúlyozza a World 3 és a World 2 között. A memória a World 3 része, ahová a múltbéli emlékeket, érzéseket, az erkölcsi következtetéseket új információval társítva és kompressziót alkalmazva raktározzuk el (World 3b).

Sir John Eccles, Andrew Huxleyval és Alan Lloyd Hodgkinnal megosztva kapott Nobel-díjat az idegsejt-membránok működésének ionos természetével kapcsolatos felfedezéseikért

Ami az objektív világot illeti, az elméleti fizikus Schrödinger (1958) gondolata, hogy a világ érzékelésünk, memóriánk terméke, nagyon hasonlít Aquinoi Szt. Tamás megállapítására: "nihil est in intellectu, nisi prius fuerit in sensu", azaz csak az létezik tudatunk számára, amit előzőleg már érzékeltünk. Wigner Jenő (1964) viszont már két létezést képzel el: a tudatunkban lévőt és a minden egyebet. Hasonlóképpen Popper (1968) szerint is van egy fizikai valóság és van egy világ, amely a tudatunkban létezik, és a kettő között kölcsönös kapcsolat áll fenn. Tudomásul kell vennünk, hogy az un. objektív világban nincsenek például színek és nincsenek hangok, de vannak különböző hullámhosszú fénysugarak és vannak a levegőben terjedő nyomáshullámok. A színek érzékelése a vizuális agykérgünkben realizálódik a retina fotoreceptorai által felfogott különböző hullámhosszú fénysugarak érzékelése révén. Hasonló módon a különböző frekvenciájú (16-20.000 Hz) nyomáshullámok is a belső fülben és a nervus cochleárisban mint akciós potenciál terjednek és jutnak el a hallási kéreghez, ahol megjelenik a hang érzékelése. Tehát az idegrendszer szerepe, aktivitásának minősége nagyon fontos a külvilág érzékelésében.

Főleg Popper és Eccles (1977), valamint Szentágothai (Creutzfeldt, Eccles és Szentágothai, 1987) és más agykutatók munkássága nyomán válik az agykutatók számára egyre fontosabb feladattá, hogy a neurobiológus szemszögéből vizsgáljuk ezt a kérdést.

Az Ember megismételhetetlensége

Nincs két egyformán működő agy a világon. A mai napig nem született két egyformán gondolkodó ember. Neuronhálózatai segítségével agyunk a kognitív és nem-kognitív ingerekre nemcsak mechanikus válaszokat ad, hanem azokat érzelemmel, idő- és térbeli, valamint mennyiségi (tömeg) tulajdonságokkal ruházza fel. A döntések kiválasztásánál a múltban történt cselekményeket, kiváltott érzelmeket, velük kapcsolatos értékítéleteket társítja, és az egyén múltjának sok ezer vagy millió döntését integrálva néhány tizedmásodperc alatt válaszol a külvilági ingerekre. Az emberek egyénfejlődése eltérő, még ha egy családban nőnek is fel. Fejlődésük során egymástól eltérő módon ítélik meg a velük történteket, és eltérő emlékképeket raktároznak el. Ez az oka annak, hogy mindenki másképp éli meg a körülötte történteket, és eltérő választ ad az őt ért ingerekre. Ez az egyedi különbözőség, ez a másság, gondolataink, érzéseink egyedenként eltérő megformálása a világ fejlődésének igazi forrása. Ez az oka, hogy a világ elgépiesedése, Madách falanszterének víziója, Huxley Szép új világa, a mesterséges intelligenciával felruházott spielbergi robotok uralma nem valósulhat meg, nem következhet be a világ történéseinek teljes dehumanizálódása. Az előbbiekhez hasonlóan Spielberg egyik legutóbbi tudományos-fantasztikus filmjének, az A.I.-nek (Artificial Intelligence, Mesterséges Intelligencia) az a mondanivalója, hogy a tizenkét éves Dávid, amely egy olyan, nagyteljesítményű komputer, amelybe technikusa emberi érzéseket programoz be, nem válhat emberré. A vox humana mindig hangosabb lesz, mint a modern technikai eszközök, gépek együttes zaja. Az ember igazi énjének, az emberi megismerés eszközének, az emberi agy működésének feltárása, megismerése egyértelműen azt bizonyítja, hogy az ipari és kulturális termelést, a társadalmat uniformizálni akaró törekvések rendszer-idegenek az emberi agy számára. Az emberi agy struktúrája a genetikai fejlődés több millió éves fejlődésének terméke. Ezt befolyásolják még a minden egyes embernél eltérő, az ontogenezis néhány hónapig-évig (a megtermékenyítéstől a halálig) tartó változásai. 

1. táblázat

Időtartam

Emberi faj fejlődése - 		~ 1 000 000 év

Ontogenezis - 			~ 70 év

Tanulási folyamatok - 		~ sec, min.

Az agy különböző magvaiból, például a locus coeruleus-ból, a raphe magokból, vagy a substantia nigra-ból kiinduló különböző ingerületátvivő anyagot tartalmazó idegpályák a noradrenerg, serotoninerg vagy dopaminerg neuronok például az egyén fejlődésének különböző fázisaiban idegzik be az agy egyes területeit, amelyeknek mértéke, kiterjedtsége, kapcsolata más idegekkel stb., a külvilági kognítiv és nem-kognitiv ingerek eltérő időpontban való jelentkezése és feldolgozásának eltérő volta miatt mindenkinél más és más. Ezen beidegzések végkészülékei döntő többségükben nem képeznek szinapszist, hanem távolról, kémiai anyagok segítségével hoznak létre tartós kapcsolatot. Ez azt is jelenti, hogy ha valaki az orvostudomány fejlődésének legújabb eredményeit felhasználva etikailag teljesen elfogadhatatlanul klónozással, tehát aszexuális módon elő is állítana egy hasonmás embert, az az egyén fejlődésének megismételhetetlensége miatt már egy másik ember lenne, bár külsőleg nagyon hasonlítana arra, akitől a génállományt vették. Az agyban eltérő módon kifejlődő szinaptikus (digitális) és nem-szinaptikus (analóg) idegi kapcsolatrendszer hálózatai, továbbá az eltérő, érzelmileg is befolyásolt emlékképek tárolásának eltérő minősége miatt egy-egy ingerre mindenki eltérő módon válaszol. Ilyenek egyébként az egypetéjű ikrek. Külsőleg ugyan nagyon hasonlítanak egymásra, de az Énjük különböző, más lelki tulajdonságokkal és más szellemi képességekkel rendelkeznek. Ezért teljesen hamis az az állítás, hogy elő lehet állítani egy második Albert Einsteint, vagy egy másik énünket. Az Ember tehát megismételhetetlen egyedi jelenség. A klónozás etikai elfogadhatatlanságának másik oka, hogy kizárja a mutációt, tehát a génállomány változásának természetes lehetőségét, és ezzel tulajdonképpen megakadályozza a fejlődést. Az emberiség természetes szaporodásába való beavatkozás szörnyű következményeit Kínában tapasztalhatjuk, ahol az államilag elrendelt egyke és a kínai hagyományok arra kényszerítik az anyákat, hogy orvosi intrauterin diagnosztika segítségével főleg fiúgyermekeiket tartsák meg, a leánymagzatokat viszont abortusszal elvetessék. Így borul fel Kínában az egyébként kiegyenlített fiú-leány arány. Nem nehéz felmérni ennek társadalmi következményeit.

Agy versus Gép

1950-ben Turing egy provokatív dolgozatot közölt Can a machine think címmel, amelyben a szerző egy ember és egy digitális komputer vizsgáztatását írja le olyan körülmények között, hogy a kérdező nem ismeri, hogy kivel illetve mivel áll szemben. Azóta ezt Turing tesztnek hívják. Turingnak az volt a következtetése, hogy ha lesz egy olyan komputer ötven év múlva, amely 109 bit memóriával rendelkezik, akkor a kérdező nem tudja majd eldönteni, hogy ki ad neki választ. Turing súlyos tévedése, hogy úgy vélte: a kérdésekre adott helyes válasz kreatív emberi gondolkodást jelent.

Alan Turing brit matematikus, a számítógép-tudomány egyik atyja

Wigner Jenő (1969) ennél érdekesebb kérdést vetett fel: Are we machine? Ez a kérdés a XVII-XVIII. században már többször felmerült (pl. La Mettrie, 1747). Wigner erre egyértelmű tagadó választ adott.

Barlow (1990) a mechanikus tudatról ír (The mechanical mind), és az "agy", valamint a "tudat" kifejezést felcserélhetőnek véli. Amikor azonban az agyra a komputer metaforát használja, akkor már eljut arra a következtetésre, hogy nem lehet azonos értelemmel használni a tudatot és az agyat. Az agy működését lehet, sőt kell is a kémia és fizika jelenségei alapján vizsgálni, de a tudat ennél több még akkor is, ha - és ez biztos - létezéséhez kémiai és fizikai jelenségek jelenléte szükséges. Erre bizonyíték, hogy ha az agykéreg neuronjainak vezetőképességét meggátolom, például Na+ csatorna-gátlóval (tetrodotoxin, helyi érzéstelenítők), akkor teljes tudatvesztés jön létre. A kérdés az, hogy ekkor csak memória-kieséssel, de a tudat, a lélek megmaradásával kell-e számolnunk. A tudat szerepét igazolja például a fájdalomérzés appercipiálása: ha valaki kibírhatatlan fogfájással küszködik, és ezalatt olyan kérdéssel "zavarják" meg ami őt nagyon érdekli, az illető fájdalma lecsökken vagy megszűnik, annak ellenére, hogy a kiváltó ok változatlanul fennmaradt. De ide sorolható a gyönyör, a boldogság, a félelem érzése stb., amely agykérgi aktivitás hiányában nem érzékelhető, de visszatérése esetén ismét eredeti színességében jelenik meg.

Lesz-e Robo hominidus intelligens vagy Homo cyber-sapiens? (Összefoglalás)

Az emberi agy működésének és a tudattal való kapcsolatának neurobiológiai, pszichológiai és filozófiai megismerése a XXI. század legnagyobb kihívása. A különböző tudományterületek tudósainak összefogása, függetlenül világnézetüktől, segítséget fog adni az agy működésének egyre jobb megismeréséhez. Remélhetőleg az ember Énjének, az agy-tudat viszonyának feltárása emberközpontú, az agy alapvető biológiai tulajdonságait figyelembe vevő, az individuális különbözőségeken alapuló és azt tiszteletben tartó közösségek és társadalmak létrehozásához fog vezetni.

Az agykutatók megpróbálnak kémiai, fizikai történésekkel, valamint molekulár-biológiai módszerekkel magyarázatot találni a tudat keletkezésére, a lélek létezésére. Azonban minden esetben figyelembe kell vennünk a korlátokat, hogy egyelőre nagyon sok jelenségre nem tudunk kielégítő választ kapni, módszereink lehetőségei pedig korlátozottak. Az agykutató Eccles (1970) és Karl Popper (1994) a World 2-t azonosította a lélekkel "... the subjective component of each of us in World 2, the conscious self, may be identified as the soul." Tehát Sherrington (1940) után Eccles szerint is a szubjektiv énünk, a World 2 azonos a lélekkel. Egy biztos, szakítani kell az agy mechanisztikus magyarázatával, és teljesen elfogadhatatlan az a mechanikus materialista felfogás, amely mindent az objektív viszonyok determináló hatására vezet vissza, a szubjektum szerepét pedig teljesen elhanyagolja.

Nagyon figyelemreméltó az a teljesen új irányzat, amely a komputerek működésében is analóg rendszereket próbál alkalmazni. Roska Tamás (2000) és munkatársai, akik amerikai együttműködés keretében dolgoznak, határozottan állítják, hogy az analóg celluláris számítógépeken egészen másfajta, az eddigiektől eltérő algoritmusok alkalmazhatók. Ezek az új típusú analógiai chipek a leggyorsabb műveleti sebességekkel rendelkező számítógépeknél is gyorsabbak. Mindezzel együtt az emberi agy működési sebességét meg sem közelítik: az emberi agy a másodperc törtrésze alatt tud döntést hozni ötven év alatt szerzett, végtelen mennyiségű információ alapján. Meggyőződésem, hogy az analógiai chipek hamarosan új terápiás eljárást jelentenek majd az ember idegrendszeri megbetegedéseinek, egyes területek kiesésének protézisszerű pótlásával.

Roska Tamás Széchenyi- és Bolyai-díjas villamosmérnök, informatikus. Nevéhez fűződik a CNN-chip kifejlesztése, valamint a neurális hálózatok magyarországi kutatásának megindítása 

A komputer szakemberek egy része, és ez valahol érthető is, a nanotechnológia fejlődésével már a Homo cyber-sapiensről álmodozik. Az agy azonban nem komputer, és a komputer nem azonos az emberi aggyal. Vámosnak (2000) igaza van: a számítástechnika kitágította a gondolkodás határait a kiszámíthatóság hatalmas, szinte végtelen kiterjesztésével. A nem-lineáris, gyakran véletlen jelenségek, természeti-társadalmi jelenségek, pénzügyi folyamatok "kiszámíthatóvá" váltak. Az egyes emberek gondolatainak világhálón való globális megjelenítése, és ezáltal másokéval való gyors megmérettetése egy teljesen új lehetőséget nyit az emberi agy működésében, a gondolat fejlődésében. Ez azt jelenti, hogy a számítógép helyes használata esetén hatással van az ember Énjére, befolyásolja a másokkal való érintkezés jellegét, de soha nem fogja tudni az Ént helyettesíteni. Vámos (1999) tanulmányában történeti áttekintést ad a Descartesnél és La Mettrienél megjelenő ember-gép probléma kifejlődéséről. Szerinte az intelligencia lenne hivatott választ adni a tudat-gép metaforára, de mérhetetlensége miatt nehéz a természettudós igényességét is kielégítő választ kapni.

Az egyénfejlődés során a külső és belső ingerek, amelyek a központi idegrendszert érik, mindenkinél eltérőek. Mivel ezek befolyásolják agyunk neuronhálózatának és kapcsolatrendszerének kialakulását, ezért már morfológiailag is mindenki eltérő cytoarchitektúrával rendelkezik. Az idegsejtek elhalnak, regenerálódnak, sőt a legújabb kutatási eredmények arra utalnak, hogy új idegsejtek is képződnek. Tehát az agy "hardvere" is minden egyes embernél más és más, sőt állandóan változik. Ehhez társul még elgondolásunk szerint (Vizi, 1980, 1984, 2000) a nem-szinaptikus (analóg) kommunikációs rendszer a központi idegrendszerben, amely a számítógépeknél még ismeretlen. Ez azt jelenti, hogy az emberi agy cytoarchitektúrája és az idegstruktúrák közötti üzenetközvetítés módja és minősége állandóan, szinte másodpercenként változik. Az agy plaszticitása tehát nagy. Egyébként már a felnőtt légy agyának egyes területei is eltérő módon változnak a környezeti körülményektől függően (Heisenberg, 1995). Tehát amíg a számítógép nem tud eleget tenni egy teljesen új feladatnak, amire nincs felkészítve, az emberi agy felnőtt korban is képes alkalmazkodni a számára teljesen ismeretlen ingerre.

A számítógép az emberi gondolkodás segédeszközévé vált, de a számítógép működése nem egyezik az agy működésével, és a robotok sem fogják meghódítani a földet, mert nem tudnak emberi módon gondolkodni, nincs Énjük, lelki világuk. A robotok gépek maradnak, amelyek az ember segítségére lesznek, hogy az információs forradalom időszakában okosan, gazdaságosan és remélhetően erkölcsösen tudjuk majd felhasználni a rendelkezésre álló végtelen adathalmazt.

Irodalom

Apáthy I, Bemerkungen zu den Ergebnisse R.y Cajal hinsichtlich der feineren Beschaffenheit des Nervensystem. Anat. Anzeiger 1907. 
Apáthy I, Meine angebliche Darstellung des Ascaris-Nervensystems. Zool. Anzeiger 1907. 
Apáthy I, Mikroskopische Präparat über postembryon. Anat. Anzeiger 1900. 
Barlow, H. The mechanical mind. Annu. Rev. Neurosci. 13, 15-24 (1990) 
Blakemore, C. Mechanics of the Mind. Cambridge (Mass.) (1977) 
Boeke, J. Nerve endings, motor and sensory. In: Cytology and cellular pathology of the nervous system, ed. W. Penfield, vol. 1, p. 243-315 (1932) 
Boeke, J. Problems of nervous anatomy. London: Oxford University Press (1940) 
Crick, F. The astonishing hypothesis: The scientific search for the soul. Simon and Shuster, New York, (1994) 
Creutzfeldt, O.D., J.C. Eccles, and J. Szentágothai (1987) The brain-mind relationship. In B. Gulyás (ed): The Brain-Mind Problem. Leuven University Press: Leuven. 
Croone, G. De ratione motus musculorum, S. Thompson, Londoni (1664) 
Dale, H.H. J. Pharmacol., 6 (1914) 147. 
Descartes, R. Traité de l'homme, Paris (1662) 
Devanandan MS, Eccles RM, Yokota T., Muscle stretch and the presynaptic inhibition of the group Ia pathway to motoneurones. J Physiol 1965 Aug;179(3):430-41 
Eccles, J.C. How the self controls its brain. Springer Verlag, Berlin, (1994) 
Eccles, J.C. és Popper, K.R. The Self and Its Brain - An argument for interactionism. Springer Verlag, Heidelberg, (1977) 
Eccles, J.C. Facing reality Springer-Verlag New York p.151 (1970) 
Eccles, J.C. Ito, M., Szentágothai, J. The cerebellum as a neuronal machine. Berlin-Heidelberg-New York: Springer (1967) 
Eccles, J.C. The physiology of synapses, 316 p. Berlin-Göttingen-Heidelberg: Springer (1964) 
Elenkov, I.J., Wilder, R.L., Chrousos, G.P., Vizi, E.S. The sympathetic nerve - an integrative interface between two supersystems: the brain and the immune system. Pharm. Rev. 52: 595-638 (2000) 
Forel, A. Einige hirnanatomische Betrachtungen und Ergebnisse. Arch. Psychiat. Nervenkr. 18, 162-198 (1887) 
Fux, K., Agnati, L.F. eds., Volume transmission in the brain. Raven Press, New York (1991) 
Gerlach, J. Von dem Rückenmarke. In: Handbuch der Lehre von den Geweben, Bd. 2, Ed. Stricker, (1871) 
Golgi, C. Sulla minuta anatomia degli organi centrali del sistema nervoso. Milano (1885) 
Hámori J. Idegsejttől a gondolatig. Koznosz Kőnyvek, 1982 
Heisenberg, M. Structural plasticity in the Drosophila brain J. Neurosci. 15:1951-1960 (1995) 
Held, H. Zur Kenntniss einer neurofibrillaren. Continuität im Centralnervensystem der Wirbelthiere. Arch. Anat. Physiol. (Lpz.) 55-78 (1905) 
Hirst GD, Bramich NJ, Edwards FR, Klemm M., Transmission at autonomic neuroeffector junctions. Trends Neurosci 1992 Feb;15(2):40-6 
His, W. Zur Geschichte des menschlichen Rückenmarks und der Nervenwurzeln. Leipzig (1886) 
Jaki, S.L. Means to Message William B. Eerdmans Publ. Comp. (1999) 
Jaki, S.L. Brain, Mind and Computers, Washington D.C.: Rgenery Gateway, (1969) 
Kampis G. Test és Elme. in Filozófia az ezredfordulón (szerk. Nyíri K.) Áron Kiadó, Budapest, 2000. 
Kiss, J.P. and Vizi, E.S. Nitric oxide: A novel link between synaptic and nonsynaptic transmission. Trends in Neurosci. 24: 211- 15 (2001) 
La Mettrie, J.O. L'homme machine, (1747) 
Paton, W.D.M. and Vizi, E.S. The inhibitory action of noradrenaline and adrenaline on acetylcholine output by guinea-pig ileum longitudinal muscle strip. Br.J. Pharmac. 35:10-28 (1969) 
Penrose, R. Shadows of the mind: A search for the missing science of consciousness. Oxford University Press, Oxford,(1994) 
Polanyi, M. The tacit dimension. Garden City, New York: Doubleday & Company (1966) 
Popper K., The Logic of Scientific Discovery, Harper Torchbooks, New York, NY, 1968. 
Popper K.R. Knowledge and the Body-Mind Problem. M.A. Notturno, Routledge, London, 1994 
Ramon-y-Cajal, S. Histologie du Systeme Nervoux de l'Homme et des Vertebres. Maloine, Paris, 1911 
Roska, T. Érzékelő számítógépek - távjelenlét. Magyar Tudomány, 10:1211-1215 (2000) 
Schrödinger, E. Mind and matter, p. 104 London: Cambridge University Press (1958) 
Scott, A. Stairway to the Mind. Springer-Verlag New York, (1995) 
Sherrington, C.S. Man on his nature p.413. London: Cambridge University Press (1940) 
Sherrington, C.S. The integrative action of the nervous system. New Haven and London: Yale University Press (1906) 
Teilhard de Chardin, P. (1959). The phenomenon of man. New York,, Harper. 
Turing, A.M. Can a machine think? Mind, 59:433-60 (1950) 
Vámos, T. Intelligent machines? Books, 9:138-144 (1999) 
Vámos, T. A gondolkodás lépésváltása. Neumann-kongresszus, (2000) 
Vizi ES., Presynaptic modulation of neurochemical transmission. Prog Neurobiol 1979;12(3-4):181-90 
Vizi ES., The inhibitory action of noradrenaline and adrenaline on release of acetylcholine from guinea-pig ileum longitudinal strips. Naunyn Schmiedebergs Arch Exp Pathol Pharmakol 1968; 259(2):199-200 
Vizi, E.S. Non-synaptic Interactions Between Neurons: Modulation of Neurochemical Transmission. Pharmacological and Clinical Aspects. John Wiley and Sons, Chichester, New York, (1984) 
Vizi, E.S. Role of high-affinity receptors and membrane transporters in nonsynaptic communication and drug action in the CNS. Pharm. Rev. 52:63-89 (2000) 
Vizi E.S. A szeretetre épülő orvosi hivatás. Vigilia 12: 940-944 (1999) 
Vizi, E.S., Lábos, E. Non-synaptic interactions at presynaptic level. Progr.Neurobiol. 37:145-163 (1991) 
Wigner, E.P. Are we machines? Proc. Amer. Philos. Soc. 113: 95-101 (1969) 
Wigner, E.P. Two kinds of reality. The Monist 48, 248-264 (1964) 
Willis, De motu musculorum (1684)