El tudod képzelni, hogy egy ultrahangos készülék segítségével nem csak mozgást, hanem illatokat is „idézzünk” az agyban? Ez nem valami sci-fi film jelenete, hanem egy friss kutatás eredménye, amit most megosztok veled. Azt próbáltuk ki, hogy fókuszált ultrahanggal stimuláljuk az agy szaglásért felelős részét, az úgynevezett olfaktorikus bulbust, és meglepő módon sikerült különböző szagérzeteket előidéznünk – friss levegőtől a tábortűzig.
Miért pont az ultrahang és az orr?
A szagokat az agyunkban az olfaktorikus bulbussal dolgozzuk fel, ami a koponya alján, közvetlenül az orr felett helyezkedik el. Ez a régió azonban nem könnyen elérhető: a homlokcsont és a légüreg miatt nehéz oda célzottan hatni. Az ultrahang viszont képes áthatolni a csonton, ha megfelelő frekvenciát és fókuszt használunk.
Az ötlet onnan jött, hogy korábban már sikerült mozgásérzeteket keltenünk ultrahanggal ugyanebben az agyi régióban. Miért ne próbálnánk meg ugyanezt a szaglással? Bár állatokon sem nagyon végeztek még ilyen kísérleteket, mi úgy döntöttünk, belevágunk.
A nehézségek: hol van az olfaktorikus bulbus?
Az orr nem egy sík felület, ráadásul tele van levegővel – ami nem kedvez az ultrahang terjedésének. A megoldásunk az volt, hogy a homlokra helyeztük a transzducert (az ultrahang kibocsátó eszközt), és lefelé irányítottuk a hullámokat az olfaktorikus bulbussal felé. Ez sem tökéletes, mert a homloküreg csökkentheti a jel erősségét, de így is elég közel jutottunk a célhoz.
Az eszköz és a beállítások
Kezdetben csak egy kézi ultrahangos fejet használtunk zselével, de hamar rájöttünk, hogy kézből tartani pontatlan. Így egy improvizált fejhallgató-szerű tartót készítettünk, ami stabilabbá tette a pozíciót. A zselét egy rugalmasabb, zselészerű párnára cseréltük a kényelem és stabilitás miatt.
Kicsit viccesre sikerült ez a fejhallgató: például egy kést ragasztottunk rá mechanikai támogatásként – igen, jól olvasod –, mert nélküle szoftverhibák léptek fel. Egyszer még arra is gondoltunk, hogy fogvédőt használjunk rögzítésre, de akkor nem lehet beszélni illatokról… szóval ezt elvetettük.
MRI segített megtalálni a „sweet spot”-ot
Az egyik alanyunknak volt MRI-felvétele a koponyájáról, így meg tudtuk határozni nagyjából, hol kell irányítani az ultrahangot. A legjobb eredményt alacsony frekvenciájú (300 kHz) ultrahanggal értük el, amely jól áthatol a csonton. A fókusz mélysége kb. 39 mm volt, és kb. 50-55 fokos szögben irányítottuk lefelé.
Mindezek mellett rövid (5 ciklusos), gyorsan ismétlődő impulzusokat használtunk (1200 Hz ismétlési frekvencia). Az egyik másik résztvevőnél kisebb módosításokkal ugyanígy működött a rendszer.
Biztonság mindenekelőtt
A legtöbb időt arra fordítottuk, hogy biztosítsuk: az ultrahangos stimuláció biztonságos legyen. Egy vízzel töltött tartályban mértük a nyomást – ez 150-250 kPa között mozgott –, ami jóval alatta marad azoknak az értékeknek, amiket más terápiás ultrahangoknál használnak.
Ezen túl ügyeltünk arra is, hogy ne érje káros hatás az optikai ideget vagy más érzékeny területeket. Az olfaktorikus bulbust kissé oldalra kellett célozni (kb. 2 fokkal), de mindig maradtunk biztonságos határokon belül.
A varázslatos eredmények: négy különböző illat
A legizgalmasabb rész: sikerült négy különböző szagérzetet előidéznünk két embernél is első próbálkozásra:
- Friss levegő érzése, tele oxigénnel – mintha egy hegyi tiszta reggelben lennél
- Szemét szaga, mint pár napja ottfelejtett gyümölcshéjaké
- Ózonhoz hasonló érzés, mintha egy légtisztító mellett állnál
- Tábortűz füstje, égett fa illata
Különbséget tettünk „szag” és „érzet” között: míg a szagok erősek és lokalizálhatók voltak (mintha tényleg ott lenne forrásuk), addig az érzetek inkább diffúzak voltak – gyenge, lassan kialakuló benyomások, néha enyhe bizsergéssel az arcon.
Egy érdekes anekdota: amikor Albert először érezte a szemét szagát, hirtelen kinyitotta a szemét – azt hitte, hogy tényleg behajtott egy kukásautó! És mindez bent történt egy csendes szobában.
Hogyan működik ez pontosan?
A szaglórendszer nem csak egyetlen receptor típusból áll; körülbelül 400 különbözőt ismerünk. Ezek kombinációja adja ki azt az illatot vagy érzetet, amit érzékelünk. Az általunk használt ultrahang hullámhossza nagyjából 5 mm volt – ez viszonylag nagy ahhoz képest, hogy maga az olfaktorikus bulbus mérete kb. 6-14 mm között mozog.
Érdekes módon sikerült ~14 mm-en belül változtatni a fókuszt úgy (20 fokos szögben), hogy különböző illatokat kapjunk – ez olyan mintha „szuperfelbontással” stimulálnánk az idegrendszert. Nem kell minden egyes idegsejtet külön kezelni ahhoz, hogy eltérő illatokat keltsünk életre.
Mire jó mindez? Nem csak virtuális valóság!
Lehet elsőre úgy tűnik: „Oké, de miért jó ez? Illatok VR-ben?” Ennél sokkal izgalmasabb dolgokról van szó. Az orrban lévő receptorok száma olyan magas (400 vagy akár kétszer ennyi két orrlyuk miatt), hogy ez akár egy hatalmas adatcsatorna lehetne közvetlenül az agyba íráshoz – nem invazív neuromodulációként.
Képzeld el: ha képesek lennénk minden receptor kombinációját kontrollálni, akár egy több száz dimenziós térbe írhatnánk be információt – például egy egész bekezdés jelentését! Egy kis ultrahang + egy mély lélegzet = máris érted azt a szöveget illatok formájában.
A szaglás és az emlékezet kapcsolata
Tudtad-e például, hogy bizonyos illatok erős emlékeket idéznek fel? Ez azért van mert az olfaktorikus rendszer közvetlen kapcsolatban áll olyan agyi területekkel mint a hippocampus (emlékezet) vagy amygdala (érzelmek szabályozása). Ez sokkal közvetlenebb kapcsolat mint amit például a látórendszer kínál.
Ezzel szemben ha megpróbálnánk fényjeleket közvetlenül bevinni a retinába (például minden receptorhoz külön-külön), akkor azok jelei annyira feldolgozásra kerülnének vizuális kérgi hálózatok által, hogy elveszne az információ nagy része.
Hol tartunk most és merre tovább?
Néhány nap alatt négy illatot hoztunk létre két embernél – ez szerintem már önmagában is lenyűgöző eredmény! De még rengeteg lehetőség van előtte: stabilabb eszközök fejlesztése, magasabb frekvenciák használata és finomhangolás vár ránk.
Ha egyszer sikerül teljes kontrollt nyerni mindegyik receptor felett (vagy legalábbis azok jelentős része felett), akkor tényleg képesek lehetünk „megszagolni” akár absztrakt fogalmakat is – elképzelhető például egy olyan világ ahol gondolatokat vagy jelentéseket közvetítünk illatok formájában.
Zárszóként
Személy szerint mindig is jobban bírtam látni és hallani dolgokat munka közben – de most már látom: mennyi potenciál rejlik abban is, ha jobban kihasználjuk orrunkat! Ez az egyik legkevésbé kihasznált érzékszervünk lehet arra, hogy új dimenziókat nyissunk meg agyunk számára.
Köszönet Raffi Hotternek, Aidan Smithnek és Mason Wangnek értékes visszajelzéseikért ezen kutatás kapcsán.
