I. 14 / Az Agy – a világegyetem legösszetettebb képződménye

„Az emberek évezredek óta fáradoznak azon, hogy megértsék az agyat. A régi görögök hűtőgépnek tartották, amely szabályozza a vér hőmérsékletét. Századunkban egy kapcsolótáblához, számítógéphez, hologramhoz hasonlították – és semmi kétség, hogy még sok más géphez is hasonlítani fogják, amelyeket majd a jövőben találnak fel. De minden összehasonlítás sántít, mivel az agy egyedülálló a világegyetemben, és nem hasonlít egyetlen, emberkéz alkotta dologhoz sem” (Robert Ornstein/Richard F. Thomson: Unser Gehirn: das lebendige Labyrinth [Agyunk: az élő labirintus]; 1993, 7. oldal).

Robert Ornstein (Kaliforniai Egyetem) és Richard F. Thomson (Stanford Egyetem) professzorok ezekkel a szavakkal írják le a koponyatetőnk alatt lévő kb. 1,5 kg súlyú képződményt. Joggal nevezhetjük a világegyetem legösszetettebb anyagi struktúrájának.

Az agy idegrendszerünk központi irányító szerve. Szabályozza, felügyeli és koordinálja a szervezetben végbemenő majd összes folyamatot. Összegyűjti és kiértékeli az érzéki hatásokat, tárolja őket, és értelmes válaszokat ad rájuk.

Az agyban folyó tulajdonképpeni információfeldolgozásról úgyszólván semmit sem tudunk. Senki sem tudja, hogyan nyeri ki az agy az érzékszervek bemenő elektromos jeleiből a tulajdonképpeni szemantikus információt. Tudjuk, hogy bizonyos tevékenységek eredete a nagy-agykéregben van; azt is tudjuk, hogy bizonyos emlékek ott tárolódnak. De nem tudjuk, hogy pontosan hol és hogyan tárolódnak; azt sem tudjuk, hogyan idézünk fel bizonyos emlékeket. Nem ismert, hogyan jutnak eszünkbe új ötletek, és mi történik az agyban, amikor valami újat tanulunk. A különböző agyrészek működésmódjáról szerzett kevés tudásunkat lényegében azokból a változásokból következtettük ki, amelyek agysérülések vagy daganatok után megfigyelhetők. Az építőelemek és kapcsolataik számáról csak statisztikus adataink (becslések) vannak. De már ezek is bámulatos képet rajzolnak a világegyetem legösszetettebb szerkezetéről.

Az építőelemek száma: Az agy kb. 100 milliárd (= 100 · 109) idegsejtből áll. A szinonimaként használt kifejezést, a neuront, W. v. Waldeyer vezette be (1891). Az idegsejtek az agy építőelemei, és számuk a Tejútrendszerben található csillagok számának nagyságrendjébe esik. A nagyszámú idegsejthez jön még további 100 milliárd anyagcsere- és támasztósejt.

Mindegyik neuron szinapszisokon (gör. szünapszisz = kapcsolat, összeköttetés) keresztül több ezer másik neuronnal áll kapcsolatban. Még ha nincs is minden idegsejt az összes többivel közvetlenül összekötve, ezek a kapcsolatok több sejten keresztül is fennállnak. Ily módon érvényes: Minden emberi agyban az idegsejtek közötti kapcsolatok lehetséges száma nagyobb, mint a világegyetemben lévő összes atom száma. Ha csak egyetlen neuron közvetlen kapcsolatait jegyeznénk fel egy könyvben, már ehhez is 40 nyomtatott oldal kellene. Vajon mennyi hely kellene az összes neuron-kapcsolat feljegyzéséhez? Könnyű kiszámolni: 40 oldal/neuron x 100 · 109 neuron = 4000 · 109 oldal.

Ha egy könyvet nagyvonalúan 400 oldallal számolunk, akkor 4000 · 109/400 = 10 · 109 kötetet kapunk. Az eredmény lélegzetelállító: Hogy agyunk összes kapcsolódási helyét regisztrálhassuk, egy tízmilliárd, egyenként 400 oldalas könyvből álló óriási könyvtárra lenne szükségünk. Ennek a könyvtárnak a méretéről képet kaphatunk, ha összehasonlítjuk a világ egyik legnagyobb könyvtárával, a Washingtoni Kongresszusi Könyvtárral (Library of Congress). Ennek kb. 20 millió kötete van. Hogy feljegyezzük az emberi agy kapcsolódási helyeit, eszerint egy olyan könyvtárra lenne szükség, mely 500-szor nagyobb, mint a Kongresszusi Könyvtár!

A szinapszisok száma tehát sokkal nagyobb, mint a neuronoké. Egy idegsejt általában néhány száz – néhány ezer más sejttől kaphat információkat, és ugyanilyen számú partnernek adhatja át őket.

Az idegsejtek az agy építőkövei. Ugyanazokkal a génekkel rendelkeznek, ugyanazon elvek szerint épülnek fel, és ugyanazokkal a biológiai folyamatokkal működnek, mint a többi sejt. Ennek ellenére néhány dologban jelentősen különböznek azoktól – sok tekintetben az élő szervezet legkülönösebb sejtjei: a sejt formájában, a sejtmembránban, amely képes idegi jeleket generálni, és egy szinapszisnak nevezett struktúrában, melyben az idegi jelek átvivő anyagok (neuro-transzmitterek) segítségével átadódnak az egyik idegsejtről a másikra. Figyelemre méltó továbbá, hogy az idegsejtek az embrionális fejlődés után többé nem osztódnak. A szervezetnek a megtermékenyített petesejtből való kifejlődése során azonban meglepő sebességgel képződnek: 250 000 percenként, kilenc hónapon keresztül. Másképp kifejezve: A születésig keletkező idegsejt-készletnek egész életen át ki kell tartania.

Az idegsejtek, sejtenkénti tíz-ötvenezer kapcsolatukkal, annyira szerteágazó és átláthatatlan rendszert alkotnak, hogy kapcsolási rajzuk – ha ismernénk – több négyzetkilométeres területet foglalna el, melyen az egyes idegsejtek nem lennének nagyobbak egy gombostűfejnél (1 km2 = egymillió m2). A bonyolult mérnöki konstrukciókat DIN-A 0 szabványú rajzokon ábrázolják (DIN-A 0 formátum: 841 x 1189 mm2 = 1 m2). Egy ilyen kapcsolási terv százszor bonyolultabb lenne, mint a föld teljes telefonhálózata. Az agy kapcsolási tervét azonban senki sem ismeri.

A nagyagyban levő idegrostok hossza egymáshoz fűzve – írd és mondd: 500 000 km; sőt, egyes szerzők egymillió kilométerből indulnak ki. Az agy mint parancsközpont munka nélkül maradna, ha az emberi test nem lenne parancsvezetékekkel bekábelezve. Az agyunkon kívüli idegrostok összhosszúsága 380 000 km. Ezek behálózzák testünket, és egymáshoz fűzve kiadják a hold-föld távolságot. Ezekben a csupán ezredmilliméter vastag idegvezetékekben és elágazásokban folytonosan információk és parancsok futnak le-föl az agy és a test többi része között. Ez kb. 40 méter/másodperc, azaz 144 kilométer/óra sebességgel történik, ami 12-es szélerősségnek, tehát egy orkán sebességének felel meg.

Feldolgozási sebesség: A neuronális kapcsolatok hihetetlenül sűrű hálózatában rendkívül nagy mennyiségű adat feldolgozása lehetséges. Az agynak nem ez a tisztán anyagi tulajdonsága a bámulatos, hanem egyedülálló képessége az információfeldolgozásra, amelynek mértékéről és jellegéről alig van elképzelésünk. Az agy egy másodperc alatt 1018 = 1 milliárd milliárd = 1 trillió számítási műveletet tud végrehajtani. A leggyorsabb szuperszámítógépek manapság kb. 10 milliárd (1010) számítási műveletet hajtanak végre másodpercenként. Tehát agyunk 100 milliószor gyorsabban működik, mint a leggyorsabb mesterséges számítógép.

Energiafogyasztás: Ha összehasonlítjuk az ember agyának méretét és energiafogyasztását egy állat megfelelő értékeivel, akkor egy közel állandó arányt kapunk, amely a legtöbb emlősállatnál független a testmérettől. Csak a főemlősök (félmajmok, majmok, ember) jelentenek kivételt. Míg a kutyák és macskák energiájuk öt-hat százalékát használják el az agyukban, ez az arány a rhesus-majmoknál kilenc százalék, az embernél pedig eléri a 20 százalékot. Az agy energiafogyasztása 20 watt, ami egyötöde az egész test energiafogyasztásának (100 watt). Az embrionális fejlődés alatt sokkal nagyobb az agyra jutó energiafogyasztás; ebben az időszakban elérheti a 60 százalékot is.

Struktúra: Az emberi agy legnagyobb részét a nagyagy foglalja el. Ez két félre vagy féltekére oszlik, amelyek mindegyike funkcionálisan a test átellenes feléért felelős (a bal agyfélteke a test jobb feléért és fordítva). A két féltekét az agyhíd (corpus callosum) köti össze, ami egy kb. 300 millió idegrostból álló kábel. Mindkét féltekét egy három milliméter vastag, idegsejtekből álló, sokszorosan barázdált réteg fedi, amelynek neve cortex cerebri vagy agykéreg.

Teljes felülete kb. 2 200 cm2. A cortex ¹ teszi lehetővé számunkra a szervezés, az emlékezés, a megértés, a kommunikáció, a kreativitás, a feltalálás és az értékbecslés képességét.

Az agyhoz tartozik a limbikus rendszer is, amely az agytörzs és az agykéreg közötti sejtstruktúrák egy csoportjából áll. Részt vesz a testhőmérséklet, a vérnyomás, a pulzusfrekvencia és a vércukorszint szabályozásában. Ennek a rendszernek két fontos része a hipotalamusz és a hipofízis. A hipotalamusz az agy „agya”, és az agy legbonyolultabb és legbámulatosabb része. Csak akkora, mint egy borsószem, súlya pedig mindössze négy gramm. Ez vezérli az evést, az ivást, az alvást, az ébrenlétet, a testhőmérsékletet, sok fiziológiai mennyiség egyensúlyát, a pulzusfrekvenciát, a hormonokat és a szexualitást. Elektromos és kémiai üzenetek kombinációja révén a hipotalamusz vezérli az agy legfontosabb mirigyét, a hipofízist is. Ez a mirigy szabályozza a testet hormonok segítségével. Ezek olyan kémiai anyagok, melyeket a vér szállít a meghatározott célsejtekhez.

Tárolás: A sejt szintjén az információtárolásnak két alapvető típusa van. Az egyik a genetikai információ tárolása a sejt DNS-molekuláiban. Itt elképzelhetetlenül nagy mennyiségű információ tárolódik. A másik típusú információtárolás az agyban történik. Ez az információmennyiség is óriási. A genetikai kód és az emlékezési kód közötti alapvető különbség abban van, hogy emléktárolójának (memóriájának) tartalmát minden ember tapasztalás és tanulás révén szerzi meg. Az ember különössége nem utolsósorban memóriájában van, ahol egy egész élet emlékeit képes tárolni a sok tapasztalattal és élménnyel. A tanulási képesség nyilvánvalóan a komplex hálózati struktúra egy tulajdonságával kapcsolatos. Maga a képesség kétségtelenül genetikai eredetű. Az általunk beszélt nyelvek szavai ugyanúgy tárolódnak, mint a komplett nyelvtani szerkezetek, amelyekkel rugalmasan tudunk bánni. Különös terület a képek világa, melyeket emlékezetben tudunk tartani, és bármikor szemléletesen fel tudunk idézni. A képzelőtehetség és a fantázia emberi létünk további fontos jellemzői, melyeknek szintén az agyhoz van közük.

Emlékezés: Az emlékezés az arra való képességünk, hogy információkat tároljunk és előhívjunk. Emlékezés nélkül sem látni, sem hallani, sem gondolkodni nem tudnánk. Nem lenne nyelvünk, amellyel kívánságainkat kifejezhetnénk, és még saját identitásunknak sem lennénk tudatában. Így is fogalmazhatunk: Emlékezet nélkül biológiai gépek lennénk, intellektuális szempontból pedig halottak. Egy felnőtt 20 000–100 000 szó jelentését ismeri. Ez a szám idegen nyelvek ismerete esetén még nagyobb. Hogy társadalomban élhessünk, sok mindennapi szokást kell elsajátítanunk – hogy kell nagyvárosban közlekedni, hogyan kell bevásárolni, telefonálni, vagy szállodai szobát foglalni. Ehhez jön még egy csomó szakismeret, amit a képzés és a munka során szerzünk meg. Szabadidőnkben ezenkívül sok más témával foglalkozunk. Mindez emlékezetünkben mindig kéznél van. Ha meggondoljuk, mit jelent létrehozni egy ilyenfajta ismeret-forrást, amely ilyen átfogó, és ilyen gyorsan és pontosan lekérdezhető, kezdjük sejteni, hogy milyen bámulatos az emlékezetünk.

Nézzük a következő kérdéseket: Volt-e Arkhimédesznek keze? Részt vett-e Bismarck a harmincéves háborúban? Mi Bach telefonszáma?

Ha agyunk egy számítógépes rendszer lenne egy nagy merevlemezzel, amely csupán korábban megtanult információkat tárol, és kizárólag ezeket tudja előhívni, a fenti három kérdésre csak ezt a választ adhatnánk: „Nem tudom”. Mi azonban rendelkezünk a következtető gondolkodás nélkülözhetetlen és nem eléggé méltányolt képességével (lásd „Az ember tud gondolkodni, akárcsak Isten” című fejezetet). Sehol sem tároltuk, hogy Arkhimédesznek volt keze. Mégis nagy biztonsággal következtethetünk arra, hogy volt neki, így igennel válaszolunk. Ugyanis ha nem lett volna keze, ez a tény ismert lenne. A második kérdéssel kapcsolatban megállapíthatjuk, hogy sokan voltak, akik részt vettek a harmincéves háborúban (1618–1648), és akiknek nem ismert a neve, de az a tény, hogy Bismarck (1815–1898) csak kétszáz évvel később született, feljogosít minket arra a következtetésre, hogy ő nem vett részt abban a szörnyű háborúban. Végül ami Bachot (1685-1750) illeti: Egy számítógép telefonszámok hosszú listáit ellenőrizné, majd közölné, hogy a zeneszerzőnek vagy nincs telefonja, vagy még nincs benne a telefonkönyvben. A születési évszám és a telefon feltalálásának időpontja alapján azonban mi gyorsan arra az eredményre jutunk, hogy nem lehetett telefonja, tehát telefonszáma sem.

Értelmezés puszta adatregisztrálás helyett: Érzékszerveink kb. egymilliószor több információt küldenek az agyba, mint amennyit tudatosan fel tudunk dolgozni. Az agy az érzékelt külvilágot nem egyszerűen leképezi, ahogy azt egy fényképezőgép vagy egy magnetofon teszi. Az agyban zseniális adatredukció történik abban az értelemben, hogy az agy a kívülről kapott jeleket egyidejűleg értelmezi és személyes világgá rakja össze. Az így létrehozott belső világ általában határozottan különbözik a külvilágtól. Egy vörös rózsa a valóságban egy anyagi struktúra, amely egy bizonyos hullámhosszúságú fényt ver vissza. Csak az agyunkban lesz belőle vörös szín és az a felismerés, hogy ez a struktúra egy virág. Ehhez az agy nemcsak összehasonlítja a külső jeleket a korábban látott rózsákról szerzett ismeretekkel, de események és érzelmek emlékeit is felidézi. Idegsejtjeink nemcsak leképezik a dolgokat, hanem értékelik is. Így egy vörös rózsa képe önkéntelenül felidézi bennünk a virág illatát, és talán egy nagy szerelem kedves emlékét is. Mindez anélkül történik, hogy bármi is behatolna belőle a tudatunkba. Benjamin Libet amerikai neuro-fiziológus kiderítette, hogy a tudat kb. fél másodperccel az agy tevékenységei mögött kullog. Amikor tudatunk azt hiszi, hogy döntést hoz, agyunk addigra már régen elemzett és kiértékelt minden információt a külvilágból. Eddig minden tulajdonságot az agynak csupán mint anyagi képződménynek tulajdonítottunk. Amint a következő fejezetben megmutatjuk, ez a szemléletmód nem alkalmas az agy tényleges működésének megértésére.

Egyes kutatási eredmények ellenére az agy még mindig az ismeretlenek nagy fehér foltjai közé tartozik tudományos ismereteink térképén.

Néhány idézet híres agykutatóktól az emberi aggyal kapcsolatban:

„Minél pontosabban le tudják írni az idegrendszer kutatói agyunk működésmódját, annál világosabbá válik, hogy méréseik és modelljeik éppen a tudat központi problémáját nem képesek megragadni: a minőségek – mint a szín vagy illat –, egy elgondolás vagy egy érzelem szubjektív tudatosulását.” (David J. Chalmers: Das Rätsel des bewußten Erlebens [A tudatos átélés rejtélye]; Spektrum der Wissenschaft, 1996. február, 41. oldal).

„A neuro-biológia ma abban a veszélyes helyzetben van, mint az az ember, aki tud valamit az ellenállásokról, kondenzátorokról és tranzisztorokról, és bepillant egy TV-készülék belsejébe: Nem értheti a készülék működését, amíg meg nem ismeri az alkatrészek célját, összeköttetéseit és együttműködését.” (David H. Hubel: Das Gehirn [Az agy]; Spektrum der Wissenschaft, 11. füzet, 1979, 41. oldal).

„Miután több ezer tudós évszázadokon keresztül tanulmányozta az agyat, csak egyetlen szó illik rá: csoda.” (Robert Ornstein/Richard F. Thomson: Unser Gehirn: das lebendige Labyrinth [Agyunk: az élő labirintus]; rororo, 1993, 27. oldal)

¹ Cortex: lat. cortex = kéreg, héj. Cortexnek nevezik egy szerv külső sejtrétegét ill. külső rétegződési struktúráját. Így a cortex cerebri a nagyagykérget, a cortex cerbelli a kisagykérget, a cortex renis pedig a vesekérget jelenti.

előző

következő