A kutatók a méréseikhez használt új fotokémiai technológiát a tudományos világban szintén elismert Nature Neuroscience-ben publikálták egy kollaborációs együttműködés keretében.

A kitűnő eredményt Rózsa Balázs PhD, orvos és fizikus kutató vezetésével a Magyar Tudományos Akadémia Kísérleti Orvostudományi Intézetének (MTA KOKI), valamint a Pázmány Péter Katolikus Egyetemnek (PPKE) munkacsoportjai közösen érték el. A főoldalon szereplő közlemény a memóriában alapvető szerepet betöltő agyhullámok (éles hullám) keletkezésének egy új mechanizmusát írja le. A mérések során megtalálták azt az eddigi elméletek által jósoltnál nagyságrendekkel kisebb elemi struktúrát, amely már képes agyhullámot generálni. Ez az elemi rezgő egység az egyik legismertebb gátlósejt típus sejtnyúlványának mindössze néhány 10 mikrométer hosszúságú szakasza. A kutatók eredményei szerint ez az eddig passzívnak hitt sejttípus az agyhullámok alatt "életre kel", aktivitása megnő, nyúlványaiban hullámszerűen haladó jelek keletkeznek és jelintegrációs tulajdonságai teljesen megváltoznak.

A vizsgálatok szerint ezen haladó hullámok és a hozzájuk társuló elemi oszcillátorok igen fontos szerepet töltenek be az idegsejtek működésében, meghatározzák az idegsejt kimeneti jelét.

Az eredmény különlegessége, hogy a közlemény elkészítéséhez egy már jelenleg is nagy nemzetközi sikernek örvendő korábbi találmányukat, a háromdimenziós lézerpásztázó mikroszkópot is felhasználták (Katona Gergely és munkatársai 2012 Nature Methods). A lézermikroszkóp a jelenleg elérhető pásztázó mikroszkópokhoz képest akár egymilliószor gyorsabb térbeli szkennelési sebességre képes elektronikusan hangolható lencséinek köszönhetően. Ez a sebesség pont elegendő ahhoz, hogy az agyműködést jellemző gyors folyamatokat optikailag fel tudjuk bontani. A kutatóknak sikerült a háromdimenziós mikroszkóp segítségével feltérképezni az agyhullámok során az idegsejtek nyúlványaiban megjelenő kalcium hullámok keletkezését, azok nyúlványokban történő terjedését, illetve megérteni azok főbb tulajdonságait. Ez az első nagyobb biológiai felfedezés, amely létrejöttét a háromdimenziós mikroszkópiának köszönheti.

Az új mikroszkóp-technológia az MTA KOKI intézetében született spin-off cég, a Femtonics Kft. tevékenységének köszönhetően indult el meghódítani a világ számos országát. A kutatók jelenleg több mint 12 nemzetközi szabadalommal rendelkeznek a témában. Magyarország, Svájc és Franciaország mellett már az Egyesült Államokban is kiépültek olyan laboratóriumok, amelyek Rózsa Balázs kutatócsoportjával közösen egy-egy fontos agykutatási területen alkalmazzák az új technológiát. A kutatók a Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatalának díját 2011-ben vették át a Parlamentben munkájuk elismeréséül. Katona Gergely pedig munkásságával megnyerte 2013-ban a Junior Prima Primissima díjat.

Az eredmények egy kitűnő kollaborációs együttműködés keretében születtek, melyet teljes egészében Magyarországon végeztek. A munkában kiemelkedő szerepe volt Chiovini Balázsnak, aki Turi Gergellyel első szerzője lett a közleménynek. Káli Szabolcs fizikus neuronális modellezése tette lehetővé a mechanizmus feltárását. Pálfi Dénes és Szadai Zoltán PhD hallgatók az első szerzőkkel együtt a háromdimenziós mikroszkópos és fotokémiai méréseket végezték. A mérésekhez szükséges mikroszkóp-technológiát Katona Gergely, Maák Pál, Szalay Gergely és Veres Máté fejlesztették ki.

A történetben különleges szerepet kapott a Rózsa Balázs vezetésével működő fotokémiai laboratórium is. Csizmadia Imre Professzor és Mucsi Zoltán szakmai irányítása alatt Majercsik Orsolya és Lukácsné Haveland Csilla egy új, az eddigieknél körülbelül hétszer hatékonyabb fotokémiai anyagot fejlesztettek ki, amely lehetővé tette, hogy az agyhullámok alatt megjelenő komplex serkentő mintázatokat, illetve magának a nagyfrekvenciás rezgésnek a keletkezését reprodukálni lehessen.

A jelenlegi cikk egyik fontos pillérét adó, az új fotokémiai anyag méréséhez szükséges mikroszkóp-technológiát a Roska Tamás Professzor segítségével 2010-ben alapított PPKE-s kutatólaboratóriumban fejlesztették ki. Rózsa Balázs Vizi E. Szilveszter (a Magyar Tudományos Akadémia volt elnöke) tanítványaként, Freund Tamás akadémikus intézetvezető segítségével alapította kutatólaboratóriumát a Magyar Tudományos Akadémia Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézetében, ahol a 3D-s méréseket végezték.