Bemutatkozás

A kutatócsoport az emberi agy hallási információfeldolgozásának, a tanulási mechanizmusoknak és a funkcionális hálózati szerveződésnek a vizsgálatával foglalkozik a születéstől a felnőttkorig. Kutatásaink központi kérdése, hogyan alakítják a veleszületett neurális architektúra, a biológiai állapot és a tapasztalat azokat a dinamikus agyi hálózatokat, amelyek lehetővé teszik a környezet szabályszerűségeinek felismerését, az előrejelzést, a tanulást és a társas kommunikációt.

Jelenlegi stratégiai fókuszunk a korai agyi fejlődés egyéni különbségeinek feltárása, valamint ezek hosszú távú jelentőségének előrejelzése. Arra keressük a választ, hogy a születést követő első órákban és napokban mérhető molekuláris és neurális jelekből azonosíthatók-e olyan biomarkerek, amelyek az agyi érés, a plaszticitás vagy a sérülékenység korai indikátoraiként előre jelezhetik a későbbi neurokognitív fejlődési pályákat. Kiemelt célunk olyan modellek létrehozása, amelyek neurális, molekuláris, klinikai és környezeti információk együttes felhasználásával támogatják a fejlődési kockázatok korai felismerését és a célzott utánkövetést.

Ehhez multidiszciplináris és multimodális módszertani platformot alkalmazunk. Nagy denzitású EEG-méréseket és funkcionális konnektivitási, hálózattudományi és eseményhez kötött elemzéseket kombinálunk molekuláris biomarker-vizsgálatokkal, pszichoakusztikai és kognitív paradigmákkal, dual-EEG/hyperscanning eljárásokkal, valamint szemmozgás- és nagy pontosságú mozgáskövetéssel. Longitudinális adatainkat gépi tanulási és prediktív modellezési módszerekkel integráljuk annak érdekében, hogy az agyi működés fejlődését ne csupán leírjuk, hanem annak későbbi következményeit is előre jelezzük.

Fő kutatási területek

  1. Perinatális és újszülött transzlációs idegtudomány 

Az emberi agy fejlődésének egyik legdinamikusabb időszaka a késői magzati élet és a születést követő első napok. Kutatásaink azt vizsgálják, hogy ebben a rendkívül gyorsan változó időablakban milyen neurális és molekuláris markerekkel jellemezhető az agyi érettség, plaszticitás és sérülékenység, és ezek milyen kapcsolatban állnak a gyermek későbbi fejlődésével.

Neonatális EEG segítségével vizsgáljuk a spontán agyi aktivitást, a agyi funkcionális hálózatok szerveződését és az ingervezérelt neurális feldolgozást. Kutatásaink kiterjednek a hallási statisztikai tanulásra, a ritmikus és idői predikcióra, a komplex auditív jelenetek szervezésére, a térbeli hallásra és más korai perceptuális funkciókra. Eredményeink azt mutatják, hogy az újszülött agy már az élet első napjaiban szervezett funkcionális hálózati architektúrát mutat, gyorsan képes auditív szabályszerűségek felismerésére és prediktív információfeldolgozásra.

A következő kulcskérdés ezért már nem pusztán az, hogy mire képes az újszülött agy, hanem az, hogy a korai agyi szerveződés egyéni különbségei milyen fejlődési jelentőséggel bírnak. Vizsgáljuk, hogyan függ össze a neonatális hálózati architektúra a gesztációs érettséggel, a prenatális és perinatális biológiai kockázatokkal, valamint a későbbi nyelvi, kognitív, motoros és szocioemocionális fejlődéssel.

A csoport jelenlegi kiemelt transzlációs programja a nemzetközi BIOPREPA – Biomarkers and Behavioral Probes for Preclinical Perinatal Asphyxia ERA-NET NEURON projekt. A program célja olyan korai biomarkerek azonosítása, amelyek segítségével a perinatális oxigénhiány agyi következményei már akkor felismerhetők lehetnek, amikor a klinikai tünetek még enyhék vagy nem specifikusak.

A projektben egymással integráljuk:

  • a köldökzsinórvér molekuláris és proteomikai jellemzőit, különös tekintettel a laktát-anyagcserére és a fehérjék laktilációjára;
  • a klinikai és perinatális rizikótényezőket;
  • a neonatalis EEG-ből származó funkcionális konnektivitási és agyhálózati markereket;
  • a hallási feldolgozás, neurális plaszticitás és statisztikai tanulás EEG-alapú mutatóit;
  • valamint a gyermekek későbbi kognitív, motoros és szocioemocionális fejlődési kimenetét.

A molekuláris biomarker-kutatásban proteomikai megközelítéseket, többek között LC–MS/MS-alapú fehérje- és laktilációs profilozást alkalmazunk. A különböző adatmodalitásokat prediktív statisztikai és gépi tanulási modellekben kapcsoljuk össze.

A program hosszú távú célja olyan multimodális neurodevelopmentális rizikómodellek létrehozása, amelyek az újszülöttkorban rendelkezésre álló adatokból képesek megbecsülni a későbbi fejlődési kockázatot. Ez új lehetőséget teremthet a veszélyeztetett gyermekek korábbi azonosítására, a differenciált utánkövetésre és a későbbiekben személyre szabott korai intervenciós stratégiák kialakítására.

  1. Fejlődési idegtudomány és multimodális fejlődési fenotipizálás

Longitudinális kutatásainkban azt vizsgáljuk, hogyan alakul át az emberi agy funkcionális szerveződése a születéstől a gyermekkorig, és hogyan vezetnek a korai neurális különbségek eltérő kognitív, nyelvi, motoros és társas fejlődési pályákhoz.

Kiemelt célunk az egyéni fejlődési trajektóriák neurális mechanizmusainak azonosítása. Longitudinális EEG-mérésekkel követjük többek között a beszédfeldolgozás, az auditív idői és a statisztikai tanulás, valamint a funkcionális agyhálózatok fejlődését. Ezeket a mutatókat a gyermekek későbbi viselkedéses és fejlődési jellemzőivel kapcsoljuk össze annak vizsgálatára, hogy mely korai neurális sajátosságok rendelkeznek valódi prediktív értékkel.

Kutatásaink túlmutatnak az izolált EEG-méréseken: multimodális fejlődési fenotipizálást alkalmazunk, amelyben az agyi aktivitást a gyermek spontán és feladathelyzetben megjelenő mozgásával, társas viselkedésével és környezeti jellemzőivel integráljuk.

Dual-EEG és nagy pontosságú mozgáskövetés segítségével vizsgáljuk például a gyermek és interakciós partnere közötti neurális, motoros és viselkedéses szinkronizációt. Arra keressük a választ, hogyan kapcsolódnak össze a ritmusfeldolgozás, az auditív–motoros integráció, az interperszonális koordináció és a prediktív feldolgozás a tanulással és a társas-kognitív fejlődéssel.

A hosszú távú cél olyan többdimenziós fejlődési modellek kialakítása, amelyekben a korai agyi hálózati szerveződés, a szenzoros tanulás, a motoros koordináció és a társas környezet együttesen magyarázzák az egyéni fejlődési pályákat.

  1. Hallási kogníció és interperszonális idegtudomány

Felnőtt résztvevőkkel végzett kutatásaink azokat az alapvető számítási és neurális mechanizmusokat vizsgálják, amelyek lehetővé teszik, hogy az emberi agy gyorsan értelmezze a folyamatosan változó akusztikus környezetet.

Tanulmányozzuk, hogyan hoz létre az agy perceptuális objektumokat komplex hangkörnyezetben, hogyan választjuk szét a releváns hangforrásokat több beszélő vagy háttérzaj jelenlétében, hogyan tanuljuk meg az auditív környezet statisztikai szabályszerűségeit, és miként alkalmazkodnak ehhez a dinamikus funkcionális agyi hálózatok. Kutatásaink kiterjednek a térbeli hallásra, a közeledő hangok prediktív feldolgozására, valamint az életkorral és hallási képességekkel összefüggő egyéni különbségekre.

A társas kommunikáció vizsgálatában dual-EEG/hyperscanning módszerekkel egyszerre rögzítjük az egymással interakcióban lévő személyek agyi aktivitását. Ezzel azt vizsgáljuk, hogyan alakul ki valós időben a kommunikáló partnerek közötti neurális és viselkedéses koordináció, és milyen szerepet játszik ebben az interperszonális predikció, a neurális szinkronizáció, a kölcsönös adaptáció és a figyelmi összehangolódás.

Ezek a vizsgálatok az auditív kogníció klasszikus laboratóriumi modelljeit a természetes, dinamikus társas viselkedés irányába terjesztik ki, és egyben mechanisztikus alapot biztosítanak fejlődési kutatásaink számára.

Kutatási témák

Kutatásunk a kognitív idegtudomány területén zajlik, a hallási észlelési folyamatokra fókuszál.
Munkánk során viselkedéses és pszichofiziológiai (EEG) módszereket, szemkövetéses
vizsgálatokat és funkcionális agyi képalkotást használunk.
Tanulmányozzuk:
1) a hangok szerveződésésnek emlékezeti és figyelmi folyamatait, melyek a hallási észlelés
alapját képezik,
2) az információfeldolgozó funkciók működését és eredetét, melyek részt vesznek a
kommunikáció és zene észlelésében, mint pl. az akusztikus ismétlődések észlelése,
3) kommunikációs interakció során a résztvevők EEG-jének és viselkedésének
szinkronizációját.

Kutatásaink során a következő kérdéseket igyekszünk megválaszolni:
– Hogyan szinkronizálódnak a résztvevők természetes kommunikációs helyzetben?
– Hogyan képesek a hallgatók valaki beszédét követni több beszélő jelenlétében?
– Hogyan detektáljuk a mintázatokat gyorsan kibontakozó hangsorok esetén?
– Melyek azok a neurális mechanizmusok, melyek a hallási tanulásért felelősek?
– Hogyan változik a hallási tanulás mechanizmusai a humán életút során?
– Segíti-e a tanulást a tanár-diák, anya-gyermek közötti koordináció új mozgásminták
elsajátítása esetén?

A kutatásokat az MTA „Lendület” pályázata (LP2012-36/2012: Beszédhangok szétválasztása) és az OTKA (K115385: A korai nyelvfejlődés neuro-kognitív előrejelzői) támogatja. Részt veszünk az Európai Unió „Marie Curie Initial Training Network” (nr. 604764: Cognitive Innovation – CogNovo) és „Erasmus Mundus Action 2 Partnership” programjaiban (nr. 2012-5538 / 001 – 001-EM: Auditory Cognitive Neuroscience – ACN).

Együttműködések

Nemzetközi együttműködések:

Dr. Silvia Polver Padovai Egyetem, Padova, Olaszország
Dr. Roberta Bianco Istituto Italiano di Tecnologia, Roma, Olaszország
Prof. Dr. Lorenzo Picinali Dyson School of Design Engineering – Imperial College London, Egyesült Királyság
Dr. Robert Baumgartner Acoustics Research Institute, Austrian Academy of Sciences, Bécs, Ausztria
Prof. Dr. Henkjan Honing Department of Musicology, the Institute for Logic, Language and Computation (ILLC), University of Amsterdam, Hollandia
Prof. Susan L. Denham Cognition Institute, University of Plymouth, Egyesült Királyság
Prof. Erich Schröger Institute of Psychology, University of Leipzig, Németország
Prof. Bea R.H. Van den Bergh Department of Psychology, Tilburg University, Hollandia
Prof. Alexandra Bendixen School of Natural Sciences, Chemnitz University of Technology, Németország
Dr. Juanita Todd, School of Psychology, University of Newcastle, Ausztrália
Dr. Lidia Shestopalova, Pavlov Institute of Physiology, Russian Academy of Sciences, Szentpétervár, Oroszország
Dr. Hirohito M. Kondo, NTT Communication Science Laboratories, NTT Corporation, Atsugi, Kanagawa, Japán
Prof. Dr. Barbara Shinn-Cunningham, Carnegie Mellon University, Pittsburgh USA
Prof. Dr. Thalia Wheatley, Department of Psychological and Brain Sciences, Dartmouth College, Hannover, USA
Prof. Dr. Ilona Croy, Dept. Psychology, Friedrich Schiller University, Jena, Németország
Prof. Dr. Uta Sailer, Dept. Behavioural Medicine, Inst. of Basic Medical Sciences, University of Oslo, Norvégia

Hazai együttműködések:

Prof. Dr. Sziller István Dél Budai Centrumkórház, Szent Imre Egyetemi Oktatókórház, Szülészeti és Nőgyógyászati osztály Budapest, Magyarország
Dr. Mády Katalin HUN-REN Nyelvtudományi Kutatóközpont, Általános és Magyar Nyelvészeti Intézet Fonetikai Kutatócsoport, Budapest, Magyarország
Prof. Dr. Vicsi Klára Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Villamosmérnöki és Informatikai Kar, Távközlési és Médiainformatikai Tanszék, Budapest, Magyarország
Dr. Sztahó Dávid Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Villamosmérnöki és Informatikai Kar, Távközlési és Médiainformatikai Tanszék, Budapest, Magyarország
Prof. Dr. Ildikó Király Eötvös Lóránd Tudományegyetem Pedagógiai és Pszichológiai Kar Kognitív Pszichológiai Tanszék, Budapest, Hungary
Dr. Csapó Tamás Gábor Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Beszédtechnológia és Intelligens Interakciók Laboratórium, Budapest, Magyarország
Dr Bodrogi Eszter, osztályvezető, Észak Pesti Centrumkórház – Honvédkórház Neonatális Intenzív Centrum, Budapest, Magyarország
Dr. Nemoda Zsófia, Semmelwis Egyetem, Molekuláris Biológiai Tanszék, Budapest, Hungary
Dr Kas Bence, HUN-REN Nyelvtudományi Kutatóközpont, Pszicho- és Neurolingvisztikai Kutatócsoport, Budapest, Magyarország

Pályázatok

K147135 Learning Structured Sound Sequences in Early Infancy Kutatásvezető: Tóth Brigitta; Finanszírozási forrás: National Research, Development and Innovation Office (NKFIH)

101120054 CherISH European Doctorate Network Project Co-supervisor: Brigitta Tóth Finanszírozási forrás: Horizon Europe, Marie Skłodowska-Curie Doctoral Network (MSCA-DN), Horizon-MSCA-2022-DN-01

2024-1.2.2-ERA_NET-2025-00023 BIO-PREPA Biomarkers and Behavioral Probes for Preclinical Perinatal Asphyxia Kutatásvezető és projekt koordinátor: Tóth Brigitta; Finanszírozási forrás: ERA-NET NEURON Cofund2, Horizon 2020, Grant Agreement No. 964215

N62909-23-1-2025 Assessing the Efficacy of Face-to-Face Communication: Towards Improving Human-Machine Communication Kutatásvezető: Winkler István; Finanszírozási forrás: Office of Naval Research Global

ANN131305 Born2Hear: Auditory Development and Learning throughout the Human Lifespan. Kutatásvezető: Tóth Brigitta; Finanszírozási forrás: Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal

PD123790 Perceptual learning and neural plasticity in the auditory system Kutatásvezető: Tóth Brigitta; Finanszírozási forrás: Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal

K115385 Do mutually predictable responses support successful face-to-face communication? Kutatásvezető: Winkler István; Finanszírozási forrás: Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal

FK 139135 Synchronized Motion Learning in Preschool Children Kutatásvezető: Háden Gábor Péter; Finanszírozási forrás: Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal

BO/00237/19/2 Perceptual learning and neural plasticity in the auditory system Kutatásvezető: Tóth Brigitta; Finanszírozási forrás: Magyar Tudományos Akadémia Bólyai János Kutatási Ösztöndíj

BO/00523/21/2 A koordináció és mozgástanulás idegrendszeri és viselkedéses háttere Kutatásvezető: Háden Gábor Péter; Finanszírozási forrás: Magyar Tudományos Akadémia Bólyai János Kutatási Ösztöndíj

2019-2.1.7-ERA NET-2021-2024 Tactile sensory impairment of C-LTMR afferents in preterm children and interventional approaches. Kutatásvezető: Lakatos Krisztina; Finanszírozási forrás: Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal

További oldalak

https://soundandspeechlab.ttk.hu

Vezető

Tóth Brigitta

Munkatársak