Art&Science - központban az agy

Biológiai és mesterséges neurális hálók
 

Az emberi agy az egyik legösszetettebb, ha nem a legösszetettebb szerv, amelyet tanulmányozni lehet. Agyunk nagy része neuronok milliárdjaiból áll, olyan sejtek nagy, összekapcsolt hálózatából, amelyek képesek elektromos jelekkel kommunikálni egymás között. A neuronok közötti kommunikációról úgy vélik, hogy kognitív képességeink egyik fő oka¹. Emiatt a biológiai neurális hálózatok számos gépi tanulási modellt ihlettek, például, a mesterséges neurális hálózatokat^2,3.

A mesterséges neurális hálózatok a biológiai neuronok és kapcsolataik modellezésével próbálják utánozni az agy komplexitását. A mesterséges neuronok több bemeneti kapcsolattal rendelkezhetnek, amelyek más neuronoktól származnak, és egyetlen kimeneti kapcsolattal egy másik neuronhoz. A mesterséges neuront egy függvény írja le, amely a bemeneti kapcsolatból érkező jelek alapján jelet küld a kimeneti kapcsolaton keresztül. Ezt a függvényt gyakran aktiválási függvénynek nevezik.

Már az 1950-es évek végén megszületett az ötlet, hogy mesterséges neuronokat használjanak az agy utánzására^4,5 és nehéz számítási feladatok megoldására, például képosztályozásra. Azonban a számítási teljesítmény hiánya miatt nem sikerült használható hálózatokat építeni. Ma már nagy számítógépes klaszterek képesek nagyméretű mesterséges neurális hálózatokat betanítani, amelyek bizonyos feladatokban, például a Go játékban⁶ vagy a sakkban⁷ az embereket is felülmúlják. Nemrégiben a természetes nyelvi modellek milliárdnyi tanulási paraméterrel⁸ elérték az emberi olvasás- és írásértés szintjét, és a szövegből képpé alakítók még embereknek szervezett művészeti versenyeket is megnyertek.

Bár úgy tűnik, hogy a mesterséges neurális hálózatok képesek utánozni az emberi agy egyes funkcióit, mind funkcionalitásukban, mind szerkezetükben nagymértékben különböznek a biológiai hálózatoktól. Emellett a jelenlegi mesterséges hálózatok nem multifunkcionálisak, azaz csak egyetlen konkrét feladatra alkalmasak. A mesterséges intelligencia (AI) kutatásának egyik fő célja egy olyan általános mesterséges intelligencia létrehozása, amely a mostani AI-kal ellentétben általános kognitív képességekkel rendelkezik.

A kép nagyobb méretben elérhető

---

[1] Yuri I. Arshavsky. Role of individual neurons and neural networks in cognitive functioning of the brain: A new insight. Brain and Cognition, 46(3):414–428, 2001. ISSN 0278-2626.
[2] Jinming Zou, Yi Han, and Sung-Sau So. Overview of Artificial Neural Networks, pages 14–22. Humana Press, Totowa, NJ, 2009. ISBN 978-1-60327-101-1.
[3] Ivan Nunes da Silva et al. Artificial Neural Network Architectures and Training Processes, pages 21–28. Springer International Publishing, Cham, 2017. ISBN 978-3-319-43162-8.
[4] F. Rosenblatt. The perceptron: A probabilistic model for information storage and organization in the brain. Psychological Review, 65:386–408, 1958.
[5] H. D. Block. The perceptron: A model for brain functioning. i. Rev. Mod. Phys., 34:123–135, 1962.
[6] David Silver et al. Mastering the game of go with deep neural networks and tree search. Nature, 529(7587):484–489, Jan 2016. ISSN 1476-4687.
[7] Dominik Klein. Neural networks for chess. arXiv:2209.01506, 2022.
[8] Tom B. Brown et al. Language models are few-shot learners. arXiv:2005.14165, 2020.

---

Pszichoaktív szerek hatása az agyra

Az emberi szervezet legkomplexebb szerve az agy. Összetettségét a benne megtalálható, több mint 10 milliárd idegsejt biztosítja. Minden egyes idegsejt több, mint ezer kapcsolat létesítésére képes, ezáltal egy finomra hangolt szabályozási rendszert létrehozva¹.Ez az összetett rendszer felel a test alapvető funkcióinak szabályozásáért, valamint a beszédért és a gondolkozásért is. Azonban az így kialakított homeosztatikus rendszer könnyen felborulhat, ha pszichoaktív szerek kerülnek a szervezetbe².

Az agyban az idegsejtek, más néven a neuronok ingerlékenységüknek köszönhetően teszik lehetővé az ingerület keletkezését, valamint annak továbbítását a hozzájuk kapcsolódó sejtekhez. A neuronok felépítése a következő: a sejttestben található a sejtmag, valamint ebből ágaznak ki a rövid nyúlványú dendritek. Szintén a sejttestből ered a hosszú nyúlványú axon, amelynek végső szakaszai a végfácskák. A két idegsejt közti kapcsolat az egyik sejt axonja (ingerlő sejt) és a másik sejt dendritje (ingerelt sejt) között alakul ki. A két sejt membránja azonban nem érintkezik közvetlenül egymással³. Az ingerület leggyakrabban ingerület átvivő anyagok közvetítésével halad át a szinaptikus résen, amely a két sejt membránja között található. Az ingerlő sejt által exocitózissal kiválasztott neurotranszmittert, amely leggyakrabban aminosav, aminosav-származék, peptid vagy más szerves molekula, az ingerelt sejt receptorai érzékelik. A fogadó membránon található receptorok fehérjék, amelyek specifikusak a megkötni kívánt molekulákra. Ez azt jelenti, hogy csak egy adott szerkezetű molekula képes hozzákötődni a fehérjéhez, a kötődés erőssége, pedig az ingerület hosszát és erősségét befolyásolja⁴.

A pszichoaktív szerek hatásmechanizmusuktól függően több féle módon is beavatkozhatnak ebbe a jeltovábbításba. A receptormódosítók vagy receptorgátlók, hasonló szerkezettel rendelkeznek, mint az adott neurotranszmitterek, így kiszorítják a jelátvivő molekulákat a receptorról. Vannak drogok, melyek megakadályozzák a neurotranszmitter visszavételét az ingerlő sejtbe, ezáltal egy folyamatos ingerelt állapotot fenntartva (pl. kokain). Végül vannak olyan pszichoaktív szerek is, melyek felgyorsítják a neurotranszmitterek kiürülését az ingerlő sejtből, ennek hatására egy stimulált állapotot kiváltva (pl. amfetamin)⁵.

A drogok besorolása azonban más szempontok szerint is megtörténhet. Kémiai szerkezetük, bioszintézisük, eredetük valamint, hogy az agy melyik részét stimulálják vegyületenként eltérő lehet. Azonban a leggyakoribb csoportosításuk a fiziológiás hatásuk szerint történik⁶. Ez alapján megkülönböztethetjük a stimulánsokat, például az aderallt vagy kokaint, amelyek fő jellemzője, hogy eufória érzetet, zavartságot és növekedett agressziót okoz, valamint motoros aktivitást növeli⁷. Ezzel szemben a depresszánsok, mint például a barbiturátok és nyugtatók lelassítják az agyműködést, koncentrációs- és látászavarokat, emellett romló közérzetet okozhatnak⁶. Az ópioidok, mint a heroin és morfin intenzív eufória érzést okoznak, és az idegsejtek működésének hosszútávú megváltoztatásával könnyen addiktívvá válhatnak⁸. A leggyakoribb hallucinogének, az LSD, az DMT, ezzel szemben nem okoznak az ópioidokhoz hasonló függőségi tüneteket. Hatásuk emberről-emberre más és más, leggyakrabban az érzékelést módosítják, hallucinációkat okozva⁹. Legvégül a kannabinoidok, mint a THC és CBD használata álmossághoz, hangulatingadozáshoz és csökkent mozgáskoordinációhoz vezet¹⁰.

Ezek a példák is alátámasztják, hogy bizonyos kismolekulák jelenléte milyen könnyen megváltoztatja ezt az érzékeny ingerület-továbbítási rendszert, amely végül az egész szervezetre, érzékelésre és gondolkozásra is kihathat.

A kép nagyobb méretben elérhető

---

[1] Gottfries, C.G. (1989). Neurotransmitters in the Brain. In: Wolff, HP., Fleckenstein, A., Philipp, E.O. (eds) Drug Research and Drug Development in the 21st Century. Bayer AG Centenary Symposium. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-74615-4_20

[2] Volkow ND, Morales M. The Brain on Drugs: From Reward to Addiction. Cell. 2015;162(4):712-725. doi:10.1016/j.cell.2015.07.046

[3] Lovinger DM. Communication networks in the brain: neurons, receptors, neurotransmitters, and alcohol. Alcohol Res Health. 2008;31(3):196-214.

[4] Hyman SE. Neurotransmitters. Curr Biol. 2005;15(5):R154-R158. doi:10.1016/j.cub.2005.02.037

[5] Nagy Etele, Biológiai érettségi összefoglaló, Oktatási Hivatal 2017:116-119.

[6] Montoya-Filardi A, Mazón M. The addicted brain: imaging neurological complications of recreational drug abuse. El cerebro adicto: imagen de las complicaciones neurológicas por el consumo de drogas. Radiologia. 2017;59(1):17-30. doi:10.1016/j.rx.2016.09.005

[7] Fowler JS, Volkow ND, Kassed CA, Chang L. Imaging the addicted human brain. Sci Pract Perspect. 2007;3(2):4-16. doi:10.1151/spp07324

[8] Borne J, Riascos R, Cuellar H, Vargas D, Rojas R. Neuroimaging in drug and substance abuse part II: opioids and solvents. Top Magn Reson Imaging. 2005;16(3):239-245. doi:10.1097/01.rmr.0000192154.34563.6b

[9] Carhart-Harris RL, Muthukumaraswamy S, Roseman L, et al. Neural correlates of the LSD experience revealed by multimodal neuroimaging. Proc Natl Acad Sci U S A. 2016;113(17):4853-4858. doi:10.1073/pnas.1518377113

[10] Hasan A, von Keller R, Friemel CM, et al. Cannabis use and psychosis: a review of reviews. Eur Arch Psychiatry Clin Neurosci. 2020;270(4):403-412. doi:10.1007/s00406-019-01068-z

---

A kép nagyobb méretben ide kattintva érhető el

---

A projektünk középpontjában a különféle érzelmek és gondolatok állnak, amelyek lezajlanak az agyunkban.  Az érzelmeink nagyban befolyásolják cselekedeteinket, azt, hogy éppen hogyan látjuk magunk körül a világot. Az installációnkkal ezt szeretnénk szemléltetni és bemutatni. 

A munkánk nagyban támaszkodik a saját kutatásunkra, amely három részből áll.  

Az első rész a saját asszociációinkra épült. Az összes érzelmet és fogalmat, amelyeket először kiválasztottunk a projekthez, mind a ketten körbejártuk, egymástól függetlenül, Mindketten csináltunk vázlatokat, pár képkockából álló, szemléltető animációkat. Ezután összehasonlítottuk, hogy mire jutottunk, melyik érzelem és gondolat szerintünk hogyan hat ki arra, ahogyan látjuk a világot. Ezek alapján indultunk el és szedtük össze a következő szakaszunkhoz az ötleteket. 

A második lépcsőfok, egy kérdőív elkészítése volt, amely a fentebb kifejtett munkafolyamat eredményeképp jött létre. A kérdőívet a csoporttársaink részére készítettük el, nyitott kérdések szerepeltek benne. Ezek a kérdések az általunk választott színekre és formákra adott asszociációikra irányultak, kíváncsiak voltunk, hogy ugyanazok a dolgok kiben milyen érzelmeket és gondolatokat ébresztenek. Ezen felül pedig az eredeti ötleteinket is beletettük, a kérdés pedig az volt, hogy ki milyen színt és formát társítana hozzájuk, azok után, hogy látták az előző kérdésekben felsoroltakat. Így mértük fel, hogy mennyire voltak hatásosak és pontosak az ötleteink. 

A harmadik lépésünk, egy nagyobb közönségnek szánt kérdőív elkészítése volt, amelyet az első kérdőívünk válaszai alapján állítottunk össze. Ez a kérdőív már feleletválasztós volt, a legnépszerűbb válaszok és asszociációk szerepeltek benne választási lehetőségekként. Ezt a kérdőívet 138-an töltötték ki, ezért az animációinkhoz felhasznált adatokat tekinthetjük úgy, hogy a legtöbb ember így vélekedne a dolgokról. Volt egy-két kérdés, ahol nem volt egyértelmű, hogy a több válasz közül melyik az az egy, amelyiket a legtöbben helyesnek gondolnak, kettő (egy helyen pedig három) lehetőség is nagyjából ugyanannyi ember szavazatát kapta meg. 

Ezek után, már csak annyi volt a dolgunk, hogy megalkossuk az animációkat, amelyek a kérdőívek alapján a legtöbb emberben ugyanazokat az érzelmeket és gondolatokat ébreszti. Az animációk mellett elkészítettük egy emberi agy 3D-s modelljét is, amelyre majd kivetítjük őket. Az így elkészült művünk, reményeink szerint a tervezett érzéseket fogja kelteni az összes látogatóban. Ezekről az érzésekről és gondolatokról pedig, visszajelzést adhatnak a megtekintők, kihelyezett kérdőíveink segítségével. 

 
A kép nagyobb méretben ide kattintva érhető el

 

---

 

A kép nagyobb méretben ide kattintva megtekinthető

---

 

---

A kép nagyobb méretben ide kattintva megtekinthető

---

Az emberi agyban felnőtt korban is folyamatosan képződnek új idegsejtek nap, mint nap; ezt a folyamatot felnőttkori neurogenezisnek nevezzük¹. Bár a kutatók rágcsálókban már a 60-as évek közepén felfedezték² és emberben is már a 90-es években leírták³, a köztudatban még mindig viszonylag ismeretlen e folyamat létezése. Nem is csoda, hiszen az elképzelés, miszerint új kódoló elemek épülnek be egy már meglévő neurális hálózatba anélkül⁴, hogy megzavarnák annak működését kezdetben nagy fejtörést okozott a kutatóknak is. Az első bizonyítékokat több évtizedes vita követte, melynek végére az új, fejlettebb technológiák megjelenése tett pontot^3,5–7. Mára tudjuk, hogy a felnőttkori neurogenezis az agy több területére is jellemző, még 90 éves korban is kimutatható folyamat^5,6, amely során akár napi 700 új neuron is születhet8.

Az elsőként felfedezett neurogén régiót, amely felnőttkorban is aktív, az agy legmélyén kell keresni: itt található a hippocampus³. Az agynak ez a területe alapvető fontosságú a tanulásban, a memóriafolyamatokban, a térbeli navigációban és az érzelemszabályozásban. A felnőttkori neurogenezis magába foglalja a neurális őssejtek aktiválódását, szaporodását, amelyek neurális progenitorokat (elősejteket) hoznak létre^1,4,5. A hippocampusban található neurális progenitorok igen precízen szabályozott, hosszas érésen mennek keresztül⁷. Ennek végére egy részük érett neuronná válik, melyek képesek lesznek beépülni meglévő neurális hálózatba^4,5. Bár ezeknek az ˝újszülött˝ neuroknak a pontos funkciója egyelőre nem teljesen ismert, úgy gondolják, hogy szerepük van a tanulásban, a memória formálásban. Röviden: hozzájárulnak az agy azon a képességéhez, hogy idővel változni és alkalmazkodni tudjon^4,9.

A negatív tényezők, például az olyan betegségek, mint az Alzheimer-kór, a skizofrénia, a depresszió, illetve a stressz és az öregedés is jelentősen csökkentik az új neuronok számát, ami kognitív diszfunkcióhoz vezet^7,10,11. Azonban számos tevékenység elősegítheti az új idegsejtek megjelenését, mint a megfelelő diéta, az ingerekkel teli környezet vagy a rendszeres testmozgás^12,13. A testmozgás, kiváltképp a futás bizonyítottan növeli a felnőttkori neurogenezist, illetve a keletkezett neuronok túlélési arányát, mindezt kortól függetlenül¹³.

A neurális őssejtek, illetve a felnőttkori neurogenezis alapos megismerése fontos kihívás a jövő szempontjából, hiszen a kutatások során szerzett ismereteinket új terápiás módszerek kidolgozására és általánosságban véve az agy egészségének javítására használhatjuk^6,7,14.

A kép nagyobb méretben ide kattintva megtekinthető

---

1. Abbott, L. C. & Nigussie, F. Adult neurogenesis in the mammalian dentate gyrus. J. Vet. Med. Ser. C Anat. Histol. Embryol. 49, 3–16 (2020).
2. Altman, J. & Das, G. D. Altman_et_al-1965-The_Journal_of_Comparative_Neurology. J. Comp. Neurol. 124, 319–336 (1965).
3. Eriksson, P. S. és mtsai. Neurogenesis in the adult human hippocampus. Nat. Med. 4, 1313–1317 (1998).
4. Berdugo-Vega, G. és mtsai. Increasing neurogenesis refines hippocampal activity rejuvenating navigational learning strategies and contextual memory throughout life. Nat. Commun. 11, 1–12 (2020).
5. Zhou, Y. és mtsai. Molecular landscapes of human hippocampal immature neurons across lifespan. Nature 607, 527–533 (2022).
6. Moreno-Jiménez, E. P., Terreros-Roncal, J., Flor-García, M., Rábano, A. & Llorens-Martín, M. Evidences for adult hippocampal neurogenesis in humans. J. Neurosci. 41, 2541–2553 (2021).
7. Yu, D. X., Marchetto, M. C. & Gage, F. H. How to make a hippocampal dentate gyrus granule neuron. Dev. 141, 2366–2375 (2014).
8. Spalding, K. L. és mtsai. XDynamics of hippocampal neurogenesis in adult humans. Cell 153, 1219 (2013).
9. Fölsz, O., Trouche, S. & Croset, V. Adult-born neurons add flexibility to hippocampal memories. Front. Neurosci. 17, 1–9 (2023).
10. Wang, M., Zhang, L. & Gage, F. H. Modeling neuropsychiatric disorders using human induced pluripotent stem cells. Protein Cell 11, 45–59 (2020).
11. Tobin, M. K. és mtsai. Human Hippocampal Neurogenesis Persists in Aged Adults and Alzheimer’s Disease Patients. Cell Stem Cell 24, 974-982.e3 (2019).
12. Melgar-Locatelli, S. és mtsai. Nutrition and adult neurogenesis in the hippocampus: Does what you eat help you remember? Front. Neurosci. 17, 1–9 (2023).
13. Micheli, L., Ceccarelli, M., D’Andrea, G. & Tirone, F. Depression and adult neurogenesis: Positive effects of the antidepressant fluoxetine and of physical exercise. Brain Res. Bull. 143, 181–193 (2018).
14. Yu, D. X. és mtsai. Modeling hippocampal neurogenesis using human pluripotent stem cells. Stem Cell Reports 2, 295–310 (2014).

---

A kép nagyobb méretben ide kattintva megtekinthető

---

Források: 

1. Ramachandran, V. S., & Rogers-Ramachandran, D. (2006). Touching Illusions. Scientific American Mind, 17(2), 18–20. https://doi.org/10.1038/scientificamericanmind0406-18 

2. Gallace, A. (2013). Somesthetic Mental Imagery. In Springer eBooks (pp. 29–50). https://doi.org/10.1007/978-1-4614-5879-1_3 

3. Robles-De-La-Torre, G. (2006). The Importance of the Sense of Touch in Virtual and Real Environments. IEEE MultiMedia, 13(3), 24–30. https://doi.org/10.1109/mmul.2006.69 

4. Uhl, F., Kretschmer, T., Lindinger, G., Goldenberg, G., Lang, W., Oder, W., & Deecke, L. (1994). Tactile mental imagery in sighted persons and in patients suffering from peripheral blindness early in life. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology, 91(4), 249–255. https://doi.org/10.1016/0013-4694(94)90188-0 

5. Bértolo, H. (2014). Visual imagery without visual perception: lessons from blind subjects. In Proceedings of SPIE. SPIE. https://doi.org/10.1117/12.2066101 

---

Re:Live - Élmény az agyban

Az alkotásunk a jövőből származik, melynek hátterét a mai kutatások, kísérleti módszerek alapozzák meg. Ötletünk szerint az agy által produkált jeleket fel tudjuk venni és tárolni tudjuk, majd az adott adatot vissza tudjuk játszani stimulálva az agy bizonyos területeit, ezzel gondolati élményeket, emlékeket aktiválunk az agyban.

Neuralink

Elon Musk Neuralink terméke volt az ihletünk, ezt vettük kezdő ötletnek

A Neuralink egy Elon Musk által 2016-ban alapított neurotechnológiai vállalat, amelynek célja beültethető agy-gép interfészek (BMI) kifejlesztése az emberi kognitív és fizikai képességek fokozására. A Neuralink mögött álló technológia lényege, hogy apró, rugalmas elektródafonalakat ültetnek be az agyba, amelyek képesek érzékelni és továbbítani az idegi aktivitást.

A beültetés folyamatát egy sebészeti robot végzi, amely akár több ezer elektródát is képes egyszerre beültetni, minimalizálva az agyszövet károsodásának kockázatát. Az elektródák egy Link nevű kis eszközhöz csatlakoznak, amely a fül mögé van beágyazva, és vezeték nélkül kommunikál külső eszközökkel, például okostelefonokkal vagy számítógépekkel.

A Link képes az elektródákról származó adatokat valós időben továbbítani a külső eszközre, lehetővé téve a különböző eszközök pontos vezérlését pusztán a gondolat segítségével. Ez forradalmasíthatja a technológiával való interakcióinkat, és akár a fogyatékkal élők számára is lehetővé teheti a protézisek irányítását vagy a könnyebb kommunikációt.

Az emberi képességek fokozásában rejlő lehetőségeken túl a Neuralink az agy jobb megértését is elősegítheti, és segíthet a kutatóknak a különböző neurológiai rendellenességek kezelésének kifejlesztésében.

Az elképzelt működési elv így történne:

1. Jel felvétele: elektrofiziológia

Az elektrofiziológia a biológiai sejtek és szövetek elektromos tulajdonságainak tanulmányozása. Magában foglalja a sejtek, szövetek és szervek elektromos aktivitásának mérését, valamint az ezeket az elektromos jeleket szabályozó mögöttes mechanizmusok vizsgálását. Az elektrofiziológiát a biológia és az orvostudomány számos területén alkalmazzák, beleértve az idegtudományt, a kardiológiát és az élettant. Az elektrofiziológiában többféle technika létezik attól függően, hogy a kutató, mit és hogyan szeretne vizsgálni a kérdését.

- ECoG
Az agyi jelek detektálására és rögzítésére az egyik ilyen technika az elektrokortikográfia (ECoG), amelynek során elektródák egy sorát helyezik közvetlenül az agy felszínére, felvevőberendezésekhez és erősítőkhöz csatlakoztatják, tehát a koponyát meg kell nyitni. Ahogy az agy elektromos aktivitást produkál, az elektródák felveszik a jeleket, és továbbítják azokat a felvevő eszközökre. A kapott jelek ezután elemezhetőek, meghatározzák az agyi aktivitás mintáit, amelyek meghatározott feladatokhoz vagy állapotokhoz kapcsolódnak. Az ECoG-t gyakran használják klinikai környezetben az epilepszia és más neurológiai állapotok diagnosztizálására és kezelésére (Crépon, 2010), vagy kutatásokban. Összességében az ECoG hatékony eszközt nyújt az agy elektromos aktivitásának megértéséhez, valamint annak a viselkedéshez és a megismeréshez való viszonyának megértéséhez.

- EEG
Az EEG, vagy elektroencefalográfia, egy olyan tudományos módszer, ahol a központi idegrendszer elektromos aktivitását lehet mérni és rögzíteni. Az eljárás során elektródákat helyeznek a fejbőrre vagy a koponya felületére, amelyek érzékelik az agyi elektromos jelek aktivitását. Az agysejtek elektrokémiai folyamatai során keletkező elektromos jelek az elektródák által rögzítve és végül felerősítve lesznek. Az EEG-gép ezután ezeket a jeleket rögzíti és grafikus formában megjeleníti.
Az EEG adatok elemzése lehetővé teszi az agyi aktivitás mintázatainak tanulmányozását. Az agy elektromos tevékenysége különböző frekvenciájú hullámokban nyilvánul meg, amelyeket a tanulmányozott időtartamon belül több csatornán is regisztrálnak. Ezek a hullámok különböző állapotokat és agyi folyamatokat tükrözhetnek, például ébrenlétet, alvást vagy figyelmet.

- Vizsgált terület
A limbikus rendszer részeit szeretnénk vizsgálni, mérni, stimulálni, mert ez az a területe az agynak, amely szerepet játszik az érzelem, motiváció, memória és az önreflexió szabályozásában.

Számunkra releváns részei:

• Hippocampus: A hippocampus az emlékek kialakulásában és tárolásában játszik szerepet. További funkciói az új információk megtanulása és a hosszú távú emlékek kialakítása.
• Amygdala: Az amygdala feladata az érzelmi folyamatok és a memória szabályozása. Érzelemfeldolgozó központként funkcionál, és fontos szerepet játszik az érzelmek felismerésében, félelmek kezelésében és az emlékek érzelmi tartalmának társításában.
• Hipotalamusz: A hipotalamusz az agy egyik alapvető része, amely szabályozza az alapvető testi funkciókat és az élettani válaszokat. A hipotalamusz központi funkciója az éhség, szomjúság, szexuális vágy, testhőmérséklet és alvás-ébrenlét ciklus szabályozása.

Elképzelésünk, hogy két, nem invazívan, külső bőrfelületre helyezett szenzor méri a mély agyi aktivitást, pontosan a limbikus rendszert. Bár ma még nincs olyan technika, amivel az agyi jel rögzítését nem invazívan kettő vagy akár egy szenzorral pontosan lehessen mérni, ezért a módszer egy futurisztikus ötlet, ami alapul veszi, hogy műtét nélkül működik az EEG, és az ECoG vagy más invazív mérési technika pedig pontosabban mér.

2. Adat feldolgozása, tárolás: BCI

A Brain-Computer Interface (BCI), azaz az agy-számítógép interfész, egy olyan technológia, amely lehetővé teszi a közvetlen kommunikációt az emberi agy és a számítógép között. A BCI rendszerek segítségével az agyi jelek detektálhatók, feldolgozhatók és értelmezhetők.

Általános működése:

• Agyi jelek rögzítése: Az agyi jelek detektálása általában elektroencefalogram (EEG) vagy más módszerek segítségével történik. Ezek a módszerek az agy elektromos aktivitását vagy más fiziológiai jeleit rögzítik.
• Minták, adatok kinyerése és feldolgozása: Az agyi jelekből különböző mintákat, adatokat detektálnak, amelyek információt hordoznak az agyi állapotokról vagy esetleg szándékokról, parancsokról. Ezek az adatok lehetnek frekvenciaváltozások, amplitúdók vagy egyéb statisztikai paraméterek.
• Parancsok dekódolása és visszajelzés: Az előző lépésben kinyert adatok alapján a számítógépes algoritmusok vagy gépi tanulási technikák segítségével a BCI dekódolja a felhasználó szándékait vagy parancsait. Ezután a számítógép visszajelzést ad, például irányítja egy virtuális környezetet vagy végrehajt egy specifikus műveletet. (Ethier, 2012)

Termékünknél szeretnénk, ha a műszer folyamatosan monitorozná, rögzítené a vizsgált területen történő aktivitást, működést és folyamatosan mentené az adatokat egy felhőbe úgy, hogy ne terheljen akármilyen rendszert és ne foglaljon sok helyet a mentett adat. Ez valószínűleg ma még nem teljesen lehetséges, de a technika fejlődésében látunk benne rációt, hogy erre is legyen mód.

3. Stimulálás:

Egész agyterületet szeretnénk lefedni, ebben van a jövőbeli elképzelés. A fő terület, amit stimulálni szeretnénk: az érzelmi memóriáért felelős limbikus rendszerben levő amygdalát, amely olyan struktúra, amely közvetlenül közvetíti az érzelmi tanulás aspektusát, és megkönnyíti a memória műveleteket más régiókban, beleértve a hippocampust és a prefrontális kérget. (LaBar 2006) Számos technika létezik, amelyekkel az agy bizonyos területeit lehet stimulálni.

Mi az alábbi technikát vettük alapul:

• TES: A Transcranial Electric Stimulation (TES), vagy transzkranialis elektromos stimuláció, egy olyan módszer, ahol alacsony frekvenciájú elektromos áramot vezetnek be az agyba a fejbőrön vagy koponya felületén keresztül.

Ez a technika lehetővé teszi, hogy az agyi aktivitást, működést módosítani, befolyásolni lehessen terápiás vagy kutatási célokra, például Parkinson-kóros betegekkel végzett kutatásban (Boggio, 2014). A TES működése során elektródákat helyeznek a fejbőrre vagy a koponya felületére, és az áramot azokon keresztül vezetik az agyba.

A kitalált műszerrel emlékeket szeretnénk előhívni adott parancsokkal, adott területek stimulálásával, vagy új élményeket beültetni, átélésre lehetőséget adni. Ezen ötletünk alapja ez a tanulmány, ahol optogenetika módszerrel „töröltek emléket” és ültettek be egy másik egér egy adott emléket (Ramirez, 2013). Az optogenetika olyan technika, amelyben genetikailag módosított fényérzékeny fehérjéket használnak a sejtek specifikus aktiválására vagy elnyomására fényimpulzusokkal történő stimuláció révén.

A kép nagyobb méretben ide kattintva megtekinthető

---

Hivatkozások:
- Crépon, B., Navarro, V., Hasboun, D., Clemenceau, S., Martinerie, J., Baulac, M., & Adam, C., 2010, Current Opinion in Neurology: Cortical high-frequency oscillations in epilepsy
- Ethier, C., Oby, E. R., Bauman, M. J., & Miller, L. E., 2012, Nature: Restoration of grasp following paralysis through brain-controlled stimulation of muscles
- KS LaBar, R Cabeza - Nature Reviews Neuroscience, 2006, Nature: Cognitive neuroscience of emotional memory
- Boggio, P. S., Ferrucci, R., Mameli, F., Martins, D., Martins, O., Vergari, M., ... & Fregni, F., 2006, Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry : Effects of transcranial direct current stimulation on working memory in patients with Parkinson's disease
- Ramirez, S., Liu, X., Lin, P. A., Suh, J., Pignatelli, M., Redondo, R. L., Ryan, T. J. & Tonegawa, S., 2013, Science: Creating a False Memory in the Hippocampus

---

Érintsd meg a világot: Miért fontos a taktilis és kinesztetikus érzékelés fejlesztése

A kurzus keretein belül végzett projektünk során megalkottunk egy hiánypótló fejlesztőjátékot, ami kicsik és nagyok számára egyaránt szórakozást nyújt, miközben hatással van taktilis és kinesztetikus érzékelésük fejlesztésére. De mik is ezek az érzékelési formák és miért fontosak számunkra?

A taktilis és kinesztetikus érzékelés a test érzékelő rendszerének két fontos része, amelyek lehetővé teszik számunkra, hogy tapintással, mozgással és helyzetérzettel érzékeljük a testünkhöz kapcsolódó információkat. Ezek az érzékelések kulcsfontosságúak az emberi test megfelelő működéséhez, valamint az életminőség javításához is [1].

A taktilis érzékelés lehetővé teszi a testünkön érzékelt fizikai ingerek érzékelését, mint például a tapintás, az érintés vagy az anyagok textúrája. Az érzékelés során a bőrre ható ingerek információkat továbbítanak az agyba, amelyek alapján érzékeljük a tapintást [2, 3]. A finom motorikus képességek javítása érdekében érdemes fejleszteni a taktilis érzékelést, ami segíthet az írásban, apró mozdulatokban és finom manipulációkban. Ezt számos játékban, például homokozóban is megtehetjük [4].

A kinesztetikus érzékelés másik fontos érzékelési rendszer, amely lehetővé teszi, hogy tudatosan érzékeljük a testünkben lévő mozgásokat és testhelyzeteket. Ez az érzékelési rendszer szerepet játszik a testtudatosságunkban, és lehetővé teszi, hogy érzékeljük a testünkben zajló finom mozgásokat és testhelyzeteket. A testtudatosság, az egyensúly, a koordináció és a mozgásszervezés javítása érdekében a kinesztetikus érzékelés fejlesztése különböző sportágakban is alkalmazható, mint például az akrobatikus sportokban, a tánctanulásban vagy a jóga gyakorlásában [5, 6].

Az érzékelési rendszerek fejlesztése kulcsfontosságú mind a taktilis, mind a kinesztetikus érzékelés esetében, mivel ezek a fejlődés szempontjából kognitív és motorikus területekre is hatással vannak. Az érzékelési rendszerek megfelelő működése javítja az életminőséget, növeli az önbizalmat, és hatékonyabbá teszi a mindennapi tevékenységeket, különösen azok számára, akik érzékelési zavarral vagy speciális igényekkel rendelkeznek [7, 8].

Az érzékelési rendszerek fejlesztésére számos módszer létezik, mint például a különböző játékok, sportok, masszázs és terápiák. Ezek a módszerek segíthetnek abban, hogy javítsuk az érzékelési rendszereink működését, és ezzel együtt javítsuk az életminőségünket [9].

Az érzékelési rendszerek fejlesztése nem csak azoknak a személyeknek fontos, akik érzékelési zavarral küzdenek, hanem mindenki számára előnyös lehet. Az érzékelési rendszerek
fejlesztése segíthet abban, hogy jobban megértsük a testünk működését, javítsuk az egyensúlyunkat, és hatékonyabbá tegyük a mindennapi tevékenységeinket. Emellett, az érzékelési rendszerek fejlesztése pozitív hatással lehet a mentális egészségre is, segíthet az érzelmi szabályozásban, és a stressz kezelésében [1, 5].

Az általunk megalkotott játék kiváló lehetőséget kínál arra, hogy fejlesszük a taktilis érzékelésünket és javítsuk a finom motorikus képességeinket, mivel a játékosok csak tapintás alapján tudják azonosítani az elrejtett geometriai alakzatot. A taktilis érzékelés további fejlesztéséhez a játékosnak ki kell találnia a formán tapintott felületet is. A játék nyertese az, aki megtalálja az elrejtett forma megfelelő kártyalapját, amelyen a formák és felületek megfelelő kombinációja található.

A kép nagyobb méretben ide kattintva megtekinthető

---

Hivatkozások:
[1] Li, S.-C.; Jordanova, M.; Lindenberger, U. From Good Senses to Good Sense: A Link Between Tactile Information Processing and Intelligence. Intelligence 1998, 26, 99–122. https://doi.org/10.1016/s0160-2896(99)80057-9.
[2] Dahiya, R. S.; Metta, G.; Valle, M.; Sandini, G. Tactile Sensing—from Humans to Humanoids. IEEE Transactions on Robotics 2010, 26, 1–20. https://doi.org/10.1109/tro.2009.2033627.
[3] Pan, N. Quantification and Evaluation of Human Tactile Sense Towards Fabrics. International Journal of Design and Nature 2007, 1, 48–60. https://doi.org/10.2495/d&n-v1-n1-48-60.
[4] El-Kishawi, M.; Khalaf, K.; Winning, T. How to Improve Fine Motor Skill Learning in Dentistry. International Journal of Dentistry 2021, 2021, 1–8. https://doi.org/10.1155/2021/6674213.
[5] Proske, U.; Gandevia, S. C. Kinesthetic Senses. Wiley June 2018, pp 1157–1183. https://doi.org/10.1002/cphy.c170036.
[6] Włodzimierz, S. The concept of modern training in sport. Studies in Physical Culture & Tourism 2006, 13.2, 9-23.
[7] Wuang, Y.-P.; Huang, C.-L.; Wu, C.-S. Haptic Perception Training Programs on Fine Motor Control in Adolescents with Developmental Coordination Disorder: A Preliminary Study. Journal of Clinical Medicine 2022, 11, 4755. https://doi.org/10.3390/jcm11164755.
[8] Abu-Dahab, S. M. N.; Skidmore, E. R.; Holm, M. B.; Rogers, J. C.; Minshew, N. J. Motor and Tactile-Perceptual Skill Differences Between Individuals with High-Functioning Autism
and Typically Developing Individuals Ages 5–21. Journal of Autism and Developmental Disorders 2012, 43, 2241–2248. https://doi.org/10.1007/s10803-011-1439-y.
[9] Bremner, A. J.; Spence, C. The Development of Tactile Perception. In Advances in Child Development and Behavior; Elsevier, 2017; pp 227–268. https://doi.org/10.1016/bs.acdb.2016.12.002.

---