Határvonalak mentén
Beszélgetés Kovács Ilonával

Kovács Ilona a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Kognitív Tudományi Tanszékének vezetője. 2005-ben Charles Simonyi kutatói ösztöndíjjal, az idén Akadémiai Díjjal ismerték el eredményeit. "Szakértő vélemény szerint ma tudományterületén a világ első tíz kutatója közt van, először sportolóként vált híressé: öt éven át volt a magyar kosárlabda-válogatott tagja, és csapatával az 1980-as olimpiai játékok negyedik helyezettje. ...  Azt a kérdéskört vizsgálja, hogyan fejlődik gyermekkorban a látás (a szó köznapi értelmében), s hogyan a »látás« a megismerés, a felfogás értelmében, hogyan szerveződnek »alakká«, mintává, gestalttá a látási érzékletek. Az általa kidolgozott kontúrintegrációs paradigma széles körben elfogadott kutatási paradigmává nőtt. Egyik fontos, világszerte feltűnést keltett felismerése volt, hogy a gyermeki látás még 14 éves korra sem éri el a teljes felnőttkori érettséget" - mutatta be tavaly a díjazottat Ritoók Zsigmond.

- Emlékszik még, milyen pálya lebegett a szeme előtt középiskolás, egyetemista korában?

- A Kaffka Margit Gimnázium kémia tagozatára jártam, de nagyon érdekelt a biológia - biológusként, agykutatóként képzeltem el magam. Végül is az ELTE pszichológia szakára jelentkeztem, és az első néhány évben nagyon jól éreztem ott magam, hiszen a természettudományi megalapozottságú pszichológusképzés remek volt abban az időben. Szentágothai Jánostól tanultunk anatómiát a SOTE-n, az ELTE Élettani Tanszéken macskák agyából vezettünk el agyi hullámokat, a gödi laboratóriumban kezdtük az etológia tanulmányozását, s Kardos Lajostól, Barkóczi Ilonától tanultuk az összehasonlító pszichológiát. Kezdettől fogva az érdekelt, hogyan dolgozza fel az agy a vizuális információt. Már akkor is kutató szerettem volna lenni, s amikor láttam, hogy a többiek inkább klinikai pszichológusnak készülnek, az egyik nyáron elmentem a "Lipót"-ra dolgozni, hogy megnézzem, milyen a klinikai pszichológia közelről. Nagyon nagy élmény volt a kórházi munka, mégis a kutatás mellett döntöttem.

- Nem sokkal a doktorálás után a Rutgers Egyetemre került, Julesz Béla csoportjába. A szakmán kívül talán kevéssé ismerik a nevét: kérem, meséljen róla.

- Julesz rendkívül fontosnak tartotta a tudományos kétnyelvűséget.1 Amikor először jelentkeztem nála, megkérdezte: tudok-e úszni és beszélek-e két nyelvet. Később kiderült, hogy az úszás Julesz ’56-os menekülése során a túlélés alapjául szolgáló készségnek bizonyult. A két nyelv pedig nem elsősorban az idegen nyelvekre, hanem a többirányú szakmai érdeklődésre, szakértelemre vonatkozott.

Az 50-es évek végén Julesz Béla a Bell Laboratóriumban dolgozott mérnökként, de elkezdett pszichológiával, látáskutatással is foglalkozni. Mint radarmérnök tudta, hogy hatékony álcázás csak sztereoinformáció hiányában létezik. Ha két eltérő nézőpontból készítenek felvételt, a képpárokból sztereoszkóppal háromdimenziós kép állítható elő, amellyel az álcázás lelepleződik. A gyakorlatban nem érhető el tökéletes álcázás: a sztereoszkópos megfigyelés után már fél szemmel is látszik az elrejtett tárgy. Véletlenszerűen elrendezett pontjaival, a "véletlenpont-sztereogramok"-kal Julesz Bélának azonban sikerült tökéletes álcázást előállítania. Mindez megmaradhatott volna az érdekesség szintjén, sorozatban gyárthatta volna azokat a képeslapokat, amelyek néhány éve nagyon népszerűek voltak: a pontokra meredve előbb-utóbb háromdimenziós tárgyakat látunk kiemelkedni a síkból.

Akkoriban a pszichológusok úgy vélték, a térlátás a vizuális feldolgozás igen magas szintjén jön létre, megelőzi a két szem által látott kép egyedi elemzése. Azt gondolták például, hogy ha ránézünk egy citromra és egy narancsra, először a bal szem "azonosítja be" a két tárgyat, utána a jobb szem. Amikor már mind a két szem képén megvan a citrom és a narancs, akkor párosítjuk csak össze a két képet és mondjuk meg, milyen távolságra vannak egymástól a gyümölcsök. Ez az információ nem származhat az elsődleges látókéregből, sokkal magasabb szinten kell előállítani az agyban.
A véletlenpont-sztereogramokból háromdimenziós formát emelünk ki.  Julesz rájött, hogy nem a jobb és a bal szem képének formainformációját elemezzük először, hanem agyunk inkább a két szem korrelációjával foglakozik. Tehát a látókéregben nagyon alacsony szinten egyeztetjük a két szem információját, és csak ezután következik a forma és más jellegzetességek feldolgozása. Ez volt Julesz Béla nagy eredménye, s ezzel egyben - mérnöki szemléletre támaszkodva - elindította a látás természettudományos megközelítését is.

- Hogyan dolgozza fel az agy a képeket?

- A szemből az információ a látóidegen keresztül az elsődleges látókéregbe érkezik. Az agy számos más látóterülete egyre bonyolultabb feladatokat lát el, s végül az egyik fő agykérgi látórendszeren belül felismerjük a dolgokat, az embereket, az eseményeket, és a nyelvhez kötjük őket, míg egy másik nagy agykérgi látórendszer történései segítenek abban, hogy a világban tájékozódjunk, képesek legyünk dolgokat megragadni, akadályokat elkerülni, vagyis cselekedni. A cselekvésirányító és a perceptuális, tudatos pálya agykérgi, közös kiindulási helye az elsődleges látókéreg, amely a szem által küldött nyersanyagot elemzi. Ez szó szerint elemzés, mert az ott lévő idegsejtek a retinaképnek nagyon pici részeit látják csak - minden idegsejt egy mozaikdarabot -, és ez sem teljes, mert van olyan idegsejt, amelyik a színt elemzi, van, amelyik a mozgást, egy másik a mélységet, egy újabb idegsejt pedig az irányulásokat. Mi ez utóbbiakkal foglalkozunk.

A körülöttünk levő háromdimenziós tárgyakat felszínek határolják. A felszínek a retinaképen kétdimenziós vetületekké válnak, kontúrjaik is lesznek. Az első feladat a látás folyamatában ezeknek a kontúroknak a megtalálása, ami nem egyszerű. A mai számítógépek is gyengén ismerik még fel a határvonalakat egy valódi képen a nagy zaj miatt. A kontúrok megkeresése azért is bonyolult, mert - ahogy mondtam - a képet az idegsejtek mozaikdarabokra szabdalják. A feldolgozás egyik kimenete nyilván az, hogy "össze vannak szerelve" a felszínek, a tárgyak. Mi azt vizsgáljuk, hogyan kezdődik az összeszerelés. Úgy gondoljuk, hogy már az elsődleges látókéregben elindul ez a folyamat, mégpedig az idegsejtek közötti kölcsönhatások révén. Az interakciók nagyon specifikusak, nagyon hangoltak, az összeköttetések gyönyörű struktúrát rajzolnak ki.

- Össze vannak kötve egymással például a színre és az irányra érzékeny idegsejtek?

- Igen, de mi egyelőre csak az irányérzékenységet vizsgáljuk, és ott is meg van határozva az összeköttetés. A szorosan összekapcsolt sejtek egy egyenesbe eső, kollineáris éleket, éldarabokat látnak, ezek pedig a képben szomszédosak. A sejteknek nemcsak bemenetük van a szem felől és kimenetük a többi agykérgi látóterület felé, hanem az azonos rétegen belüli sejtek között is kialakulnak axonális összeköttetések. A hosszabbak két millimétert is befuthatnak és általában serkentőek (ilyenek látják a kollineáris éleket), míg a rövidek gátlók. Ez az összeköttetési struktúra létrehoz egy olyan hálózatot, amely képes lehet az élek kiemelésére.

A 90-es évek elején az elsődleges látókéreg orientációhangolt idegsejtjeinek kölcsönhatásaival foglalkoztunk. Erre egy "viselkedési feladatot" dolgoztunk ki, amivel, azt gondoljuk, mérni lehet a sejtek közötti összeköttetések erősségét - akkor is, amikor a bemenet nem normális, például kancsalság és amblyopia lép fel. Az utóbbi esetben az egyik szemen látásgyengeség alakul ki, ami agykérgi eredetű, nem korrigálható szemüveggel. A legtöbb beteg úgy lát, hogy az egyik szemet az agykéreg kiiktatja. Ilyenkor az agy valószínűleg aktívan gátolja a kérgi összeköttetéseket: szétesik az adott szemhez tartozó kép. Ezt a "kontúrintegrációs paradigmával" (feladattal) is mérni tudtuk: a gyengén látó szemhez tartozó eredmény sokkal rosszabb volt, mint a másik szemé.

- Miből áll a kontúrintegrációs feladat?

- Ez a feladat tulajdonképpen egy "trükkös" inger - egy kép, amelyet úgy alkottunk meg elméleti alapon, hogy a kísérlet közben, amikor a képet, képsorozatot megmutatjuk, a vizsgált személy az elsődleges látókérgét használja a legjobban s az ott lévő, irányérzékeny sejtek közötti kölcsönhatások erősen dolgozzanak. Julesz Bélától tanultam meg, hogy mennyire fontos a vizuális inger kiválasztása a látási kísérletben. Ha egy viselkedéses vizsgálatban valóban választ akarok kapni egy kérdésre, akkor kézben kell tartanom az ingerfeltételeket. A sztereogramban például véletlenszerűen elrendezett pontok vannak; az egyetlen információ a diszparitás,2 ami miatt kiemelkedik a kép. Mit lehet megcélozni ezzel a diszparitással? A diszparitásérzékeny sejteket.

A kontúrintegrációs feladat is minden fölösleges információtól igyekszik megszabadítani a tesztképeket, ahol egyetlen jelzés marad csak: az elemek "kvázi-összeköttetése" (1. ábra). Ezek a képek lényegében szaggatott vonalakból állnak, amelyek zajba vannak ágyazva. A zajra azért van szükség, hogy valóban az elsődleges látókéreg kis receptív mezővel rendelkező sejtjei és azok összeköttetései dolgozzanak, ne pedig a nagy ablakkal, nagy receptív mezővel rendelkező, magasabb szintű sejtek oldják meg az egyszerű feladatot, ami egy kör megtalálása a képen.

1. ábra. Zajba ágyazott kontúrok  Gábor-foltokkal (balra) és pöttyökkel. A fölső sorban a zaj elemei közötti távolság nagyobb, mint a kontúr elemei közötti. Orientációs jelzés nélkül a kontúr láthatatlanná válik a jobb alsó képen

A vonalak is elég speciálisak, Gábor Dénes tiszteletére Gábor-foltoknak hívjuk őket. Ezeknek a foltoknak az intenzitása szinuszos eloszlású, de a szinuszgörbe súlyozva van egy Gauss-görbével, ezért a foltokból egy kis "ablakot" látunk csak, amelynek az éle fokozatosan hal el.

Volt egy olyan periódus a Julesz felfogását követő időkben, a 60-70-es években, amikor odáig merészkedett ez a mérnöki szemlélet, hogy bevitte a Fourier-elemzést a látásba is, és azt gondolták, hogy a látórendszer globális Fourier-elemzést végez. Lassan kiderült, hogy globális Fourier-elemzésről valószínűleg nincs szó, a látórendszer azonban - különböző téri skálákon - lokálisan elemzi az információt. Tehát ha akarjuk, látjuk az erdőt is meg a fákat is. A részletek és a kompozíció észleléséhez különböző méretű ablakokon belül elemzi az agyunk a látványt: kis és nagy receptív mezők is léteznek. A Gábor-foltok nagyon jól közelítik a sejtek recep-  tív mezőinek - ablakainak - struktúráját, ezért a Gábor-foltok a látókéreg sejtjeinek legjobb "táplálékai": ezek ingerlik a sejteket a legjobban. A kontúrintegrációs feladatban - a zaj miatt - az ingerlés szelektív. A zajjal ugyanis meggátoljuk, hogy az elsődleges látókérgen túli, magasabb szintű, nagy "ablaknyílású" sejtek bármit is lássanak az ingerből, mert a nagy receptív mezőn belül kiátlagolódik a zaj és a kontúr. Csak az a sejt detektálja a kontúrt, amelyiknek olyan kicsi az ablaka, mint egy Gábor-folt, és a szomszédjával kapcsolatban áll. Ráadásul nemcsak egy szomszéddal, hanem többel is: a sejt valahogy "tudja", hogy hozzátartozik egy nagyobb egységhez. A kontúrdetektáló sejtek aktivitása kiemelkedik a zajt érzékelő hálósejtek aktivitási mintázatából. Ez a határvonalak észlelésének háttere.

- Hogyan segített a kontúrdetektálás vizsgálata a látás lassú fejlődésének megállapításában?

- Először azon gondolkoztunk, miként használhatnánk az amblyopia vizsgálatára a kontúrintegrációs feladatot. Azért tételeztük fel, hogy alkalmas erre a vizsgálatra, mert a betegség során az elsődleges látókéreg interakcióinak gátlásáról lehet szó, a feladat pedig az elsődleges látókéreg sejtjeinek összeköttetését, a kapcsolatok erősségét méri. Ahogyan említettem, a két szem teljesítménye között határozott különbséget kaptunk az amblyopiás betegek esetében. Ezután vetődött fel, hogy a feladatot kipróbálhatnánk gyerekeken is, mert az amblyopia fejlődési jelenség.

Magyarországon jártam épp azon a nyáron, és Benedek Györggyel, a szegedi egyetem professzorával beszélgettünk. Ő említette, hogy van egy nagyszerű tanítványa, Kozma Petra, aki a szemészeten amblyopiás gyerekekkel foglalkozik, és megkért, adjam oda neki a tesztet. Petra több száz gyereket megvizsgált, és Benedek professzor elküldte nekem az eredményeket azzal, hogy valami baj lehet, mert úgy tűnik, az öt-hat-hét éves gyerekek nem tudják megoldani a feladatot. Az adatok elemzése nyomán elég hamar világossá vált, hogy sem a teszttel, sem a gyerekekkel nincs baj, de öt-hat éves korban a látórendszer nem működik úgy, mint a felnőtteknél: például az elsődleges látókéreg hosszú távú kapcsolatai éretlenek és még 14 éves korra sem érik el a felnőtt szintet. Természetesen számos kontrollvizsgálatot is végeztünk; felmerült például, hogy ezek unalmas ingerek, és a gyerek nem motivált vagy nem figyel oda a feladatra, emiatt rosszabb a teljesítménye. A kételyeket további kísérletekben sikerült eloszlatnunk. A feladatra felállítottunk egy fejlődési görbét, és megmutattuk, hogy a görbe perceptuális fejlődésre utal. Ez stabil eredménynek tűnik, amit azonban befolyásolhat például a kancsalság, vagy valamilyen genetikus elváltozás. Azóta a tesztet sokféle klinikai populáción kipróbálták, például autis-táknál, mivel náluk felmerül az integrációs képesség károsodása, és a kutatók kíváncsiak voltak, hogy ez alacsony agyi szinten is megnyilvánul-e már. Egyelőre ellentmondó eredmények születtek. A diszlexiások esetében is érdekes kérdés, hogy a látórendszer éretlensége áll-e a háttérben. Egyes skizofrén csoportok - akiknek perceptuális zavaraik is vannak - gyengébb teljesítményt nyújtottak ebben a feladatban. Mi most Williams-szindrómás betegek tanulási készségének vizsgálatára, egy lehetséges alvásterápia kidolgozásának első lépéseként használjuk a tesztet.3 Egyre több populáció esetén folyamodnak a kontúrintegrációs feladathoz: az alacsony, de nem a legalacsonyabb szintű vizuális funkciók egyik mérőeszköze lett.

- Mikor éri el a látás a felnőtt szintet?

- Ebben az értelemben a kamaszkorban. Anthony Movshon, a látásfejlődés kutatásának egyik úttörője szokta mondani a látás fejlődésével kapcsolatban, hogy az elején minden kicsit rosszul megy, aztán javul a helyzet, és a végén me-gint rosszabbra fordul. Ez a felfogás homogén fejlődési pályát vázol fel: a látás kifejlődik, úgy marad egy darabig, aztán elromlik. Ezzel szemben az eredmények azt sugallják, hogy a látás sokkal összetettebb funkció, és fejlődését mindenképpen a különböző alfunkciókhoz kötődő idegi struktúrák éréséhez kell kötni. A kontrasztérzékenység fejlődése sem zárul le a kisgyerekeknél, de három-négy, legfeljebb ötéves korra a szín- és a luminencia-kontrasztérzékenység nagyjából felnőtt szinten van (2. ábra). A mozgásirány-érzékelés szintén.

2. ábra. A csecsemő és a felnőtt számára hozzáférhető információ a látás első agykérgi feldolgozási szintjén. A csecsemők esetében - az agykérgi téri szűrés eredményeként - az alacsonyabb "téri frekvenciájú" szűrők kapnak nagyobb hangsúlyt, a szomszédos szűrők közötti interakciók gyengébbek, s a globális interakciók hiányoznak. Ennek erdeményeként egy sok részletet tartalmazó ábra helytelen szegmentációja is kialakulhat

A látás nem egységes funkció, hiszen az agyunk mintegy 70 százaléka látással foglalkozik. A látórendszer hatalmas hálózat, amelynek a különböző darabjai eltérő időpontokban mielinizálódnak: a különböző területeket összekötő idegsejtek szigetelése még negyvenéves korban is alakulhat. Tehát a mielinizációs folyamat és így a vele kapcsolatos funkcióváltozások is lassúak. 1999 óta hangsúlyozzuk azt a paradigmaváltást, hogy a látást ne egységes funkcióként tekintsük fejlődési szempontból, hanem az eltérő agyi struktúrákhoz kötődő funkciókat térképezzük fel minél pontosabban.

- Nemrégiben tért haza az Egyesült Államokból. Milyen körülmények között kutathatott Amerikában, mi fogadta itthon?

- Tizenöt évet töltöttem el a Rutgers Egyetemen. Ez az idő két periódusra osztható. Az első fázisban Julesz Béla akkor alakult látáskutató laboratóriumában dolgoztam, amely nem tartozott egyetlen tanszékhez sem, önálló kutatólaboratóriumként működött a rektor alatt. Biztosítva voltak a tárgyi és a személyi feltételek, nem kellett pályázni, mert az egyetem fontosnak tartotta, hogy minőségi kutatás folyjon a laboratóriumban. Ebben a 6-7 évben egy adott témára kellett csak koncentrálni egy olyan vezető mellett, aki hihetetlenül nagy szellemi szabadságot adott munkatársainak, de úgy, hogy mindennap hoszszan beszélgettünk a kutatásainkról. Ennél jobb feltételeket el sem tudok képzelni.

Azután fordult a kocka: Julesz Béla nyugdíjba ment, és a labort már kevésbé  támogatta az egyetem. Elkezdtem tanítani a pszichológia tanszéken, el kellett kezdenem pályázatokat írni - belecsöppentem a "valódi életbe". Amellett, hogy az amerikai pályázati rendszer nagyszerűen működik, csalódást is jelentett. Láttam, hogyan készülnek a pályázatok a különböző laboratóriumokban, milyen munkák születnek a hatalmas támogatásokból.
Az olyan pályázat, amelyben valódi, megválaszolatlan kérdés van, kockázatot jelent. Egy-két magánalapítvány ilyet is támogat, de a nagy alapok, például az NIH (Nemzeti Egészségügyi Intézetek) és az NSF (Nemzeti Kutatási Alap) nem adnak rá pénzt. Ha valaki elvégzi az egyetemet és szépen lépeget a szamárlétrán, akkor harmincas évei elejére megkapja az NIH vagy az NSF támogatását és haladhat tovább. A rendszer azonban a kreativitás ellen dolgozik, mert ha valaki az első, fantáziátlan pályázattal elnyerte a pénzt, eleget kell tennie annak, amit elvállalt, és elindul a "tudományos ipar" diktálta úton. Az amerikai tudomány nagy eseményei még most is olyan emberekhez fűződnek, akik Európából vagy a Távol-Keletről érkeznek.
Itthon rögtön belekerültem az OTKA (Országos Tudományos Kutatási Alapprogramok) zsűrijébe. Az első meglepetés az volt, hogy milyen jó az OTKA bírálati rendszere. A bírálati folyamatba be tudnak kapcsolódni külföldi lektorok is, ami növeli az objektivitást. Az OTKA rendelkezésére álló összeg azonban a kevésnél is kevesebb. A szétosztható támogatás nem áll arányban sem azzal a sok munkával, amelyet magasan képzett emberek végeznek a bírálati folyamat során, sem a támogatási igényekkel. Én tudtam, hogy ha hazajövök, három-öt év múlva kezdhetem el csak a kutatást, mert meg kell teremtenem az infrastrukturális és személyi feltételeit.

Olyan ez, mint a mesében. Csakhogy a mesék - ugyanúgy, mint a kultúrák - nagyon különbözőek. Az amerikai mesevilágban szabadon szárnyal a fantázia, és főként a természet erejével kell megküzdeni. A hazai mesekultúrában a hősnek (aki általában inkább fiú, mint lány) boszorkányok és szörnyek hadával kell felvennie a harcot. A nehézségek inkább az emberi természetben rejlenek.
 

Jegyzetek
1. "... igaz ugyan, hogy a tudomány egésze nem feltétlenül tudatos módon halad előre a különböző diszciplínák egymást átfedő területeinek sakktábláján, mégis, egy tudósnak csupán akkor van esélye előre kitűzött célok elérésére, ha nem riad vissza két, egymásnak távolinak tűnő disziplína elsajátításától, és alkalmazza tudományos kétnyelvűségét például az agykutatás tanulmányozására." Julesz Béla: Dialógusok az észlelésről, Typotex Kiadó, 2001.
2. A két szem retináján egy tárgyról eltérő térbeli helyzetben keletkeznek képek. Ezt - a szemek térbeli elkülönüléséből eredő - eltérést nevezik diszparitásnak.
3. Lásd OTKA-honlap, A hónap kutatója - 2006. május.
 
 
 

Az interjút készítette: Silberer VeraA beszélgetés részleteket tartalmaz az OTKA honlapján olvasható interjúból is.


Természet Világa, 137. évfolyam, 9. szám, 2006. szeptember
http://www.termeszetvilaga.hu/
http://www.chemonet.hu/TermVil/ 


Vissza a tartalomjegyzékhez