Anıların Sadece Beyinde Değil, Vücudun Diğer Bölgelerinde de Depolandığı Öğrenildi
Hepimize, birçok kısa çalışma seansının, uzun ve gece boyu süren bir “hızlı çalışma” maratonundan daha etkili olduğu söylenmiştir. Sinyal aralığı etkisi adı verilen bu temel fikir, hafıza araştırmalarında tekrar tekrar karşımıza çıkıyor.
İşte işin ilginç yanı: Bu hafıza aralığı etkisinin belirtileri beyindeki nöronlarla sınırlı kalmıyor .
Şaşırtıcı bir laboratuvar çalışması, kimyasal sinyallerin aralıklandırılmasının sadece nöronlarda değil, aynı zamanda günlük normal insan hücrelerindeki tepkinin hem gücünü hem de hafızasını artırdığını ortaya koydu.
Ayrıca, beynin nöronlarında depolanan hafızada olduğu gibi , sinyallerin örüntüsü ve zamanlaması da diğer insan hücre tiplerindeki hafıza için önemlidir. Hücresel yanıtlar, toplam sinyal aynı olsa bile, aralıklı patlama sinyallerine daha uzun sürer.
Bu çalışma, sınıftaki öğrenciler için geçerli olan aynı “öğrenme kurallarının” moleküler düzeyde de geçerli olduğunu öne sürüyor; bu, en hafif tabirle inanılmaz bir kavram.
Aralıklı sinyalleri ve hafızayı incelemek
New York Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, kaplarda sinirsel olmayan insan hücreleri yetiştirdiler ve onlara belirli bir gen anahtarı açıldığında kısa bir süre parlayan yerleşik bir “muhabir” verdiler.
Muhabir, cAMP tepki elementi ( CREB ) adı verilen bir DNA elementi tarafından kontrol edilen kısa ömürlü bir ateş böceği lüsiferaz formu kullandı.
CREB proteini aktive edildiğinde, ışıltı yükselir ve sonra hızla söner, böylece sinyal daha önce olanları değil, şu anda olanları bildirir. Bunu, hücrenin “öğrenme” mekanizmasının şu anda devrede olup olmadığını gösteren canlı bir skor tahtası gibi düşünün.
Ardından, hücreleri “eğitmenin” bir yolunu bulmaları gerekiyordu. Hayvanlarda, nörotransmitter serotonin gibi bazı kimyasallar, uzun süreli hafızanın oluşumuna yardımcı olan moleküler basamakları tetikleyebilir.
Araştırmacılar, aynı basamakların bazı kısımlarına vuran iki laboratuvar aracı kullandılar: protein kinaz A ( PKA ) adı verilen bir enzimi aktive eden bir sinyal yolunu güçlendiren forskolin ve protein kinaz C ( PKC ) adı verilen başka bir enzimi aktive eden TPA adı verilen bir forbol esteri.
Bu alfabe çorbaları – CREB, PKA, PKC – hücrelerin içinde mesaj ileten ve sonuçta genleri etkileyen proteinlerdir.
Bunları, dış dünyadan hücrenin kontrol odasına, DNA kararlarının alındığı yere ritim taşıyan haberciler olarak düşünebilirsiniz .
Aralıklı sinyaller ve toplu sinyaller
Bilim insanları hücrelere tek bir büyük “toplu” sinyal darbesi verdiklerinde, muhabir aydınlandı. Ancak hücrelere kısa aralarla aralıklı birkaç kısa darbe – dakikalarla ayrılmış dört hızlı darbe – verdiklerinde, parıltı daha güçlü ve daha uzun sürdü.
Hafıza aralığı etkisi, bilim insanlarının PKA yolunu, PKC yolunu veya her ikisini birden kullanmalarından bağımsız olarak geçerliliğini korudu. Hücreler sadece toplam dozu saymakla kalmıyor, aynı zamanda ritmi de okuyorlardı.
Bu davranış, bir asırdan uzun süredir hayvanlar ve insanlar üzerinde yapılan hafıza araştırmalarının gösterdiğiyle örtüşüyor.
NYU Liberal Studies’de klinik yaşam bilimi doçenti ve NYU’nun Sinir Bilimi Merkezi’nde araştırma görevlisi olan Kukushkin, “Bu, eylem halindeki kütlesel uzay etkisini yansıtıyor” diyor .
“Bu, aralıklı tekrarlama yoluyla öğrenme yeteneğinin yalnızca beyin hücrelerine özgü olmadığını, aslında tüm hücrelerin temel bir özelliği olabileceğini gösteriyor.”
Yapılan birçok çalışmada, doğru zamanda gerçekleşen olayların, uzun süreli tek bir maruziyetten daha kalıcı hafıza değişimlerine yol açabildiği görülmüştür . Hücrelerde, bu “kalıcı değişim” gen aktivitesinde daha uzun süreli bir artış olarak ortaya çıkmaktadır.
Eğer bu kulağa “öğrenme” gibi geliyorsa, bunun nedeni moleküler düzeyde bir bakıma öyle olmasıdır. Nöronlardaki öğrenme, CREB’i besleyen ve ardından hücrelerin saatlerce veya günlerce nasıl davrandığını değiştiren gen kümelerini harekete geçiren aktivite dalgalarına bağlıdır.
Aralık sinyali desenleri ve bellek
Normal hücrelerin taşıdığı biyokimyasal devreler, zaman içinde gelen darbeleri entegre edebilir ve aralıklı sinyallere, toplu sinyallere göre daha büyük ve daha uzun süreli bir yanıt verebilir.
Araştırmacılar daha sonra, bu sürecin nasıl işlediğini anlamak için CREB’in bir diğer önemli oyuncusu olan ERK’ye baktılar . Bu, uyaranlara yanıt olarak titreştiği bilinen bir protein kinazdır.
Aralıklı uyarımın, toplu uyarıma göre ERK ve CREB’in daha güçlü ve daha uzun süreli aktivasyonuna yol açtığını buldular.
Ekip ERK’yi engellediğinde veya CREB’e müdahale ettiğinde, aralık avantajı ortadan kalktı. Bu sonuç, etkiyi nöronlardaki uzun süreli hafızayla her zaman bağlantılı olan aynı moleküler faktörlere bağlıyor.
Gerçek dünyadaki etkileri
Peki bu neden önemli? Çünkü bu keşif, “öğrenmeyi” yalnızca bir beyin hilesi olarak değil , aynı zamanda hücrelerin bilgiyi zaman içinde nasıl işlediğine dair genel bir ilke olarak da yeniden çerçeveliyor .
Hücreler sadece açık/kapalı makineler değildir; desenleri fark ederler – darbelerin sayısı, aralarındaki boşluklar – ve bu desenlere göre hesaplamalar yaparlar.
Bu fikrin pratik faydaları var. Araştırmacılar ve klinisyenler genellikle ilacın ne kadarının verileceğine odaklanırlar. Doz önemlidir, ancak zamanlama da aynı derecede önemli olabilir.
Bazı durumlarda, atımlar halinde verilen daha küçük miktarlar, hücreleri tek bir büyük dozdan daha güçlü veya daha faydalı gen tepkilerine doğru itebilir. Dolayısıyla zamanlama, gerçek dünyada bir tasarım aracı haline gelir.
Sınırlar ve sonraki adımlar
Bu araştırma ne kadar kapsamlı olsa da, her zaman dikkate alınması gereken sınırlamalar vardır.
Bu çalışmada ölümsüzleştirilmiş insan hücre hatları, tasarlanmış “haberciler” ve kontrollü uyaranlar kullanıldı. Gerçek dokular aynı anda birçok sinyali yönetir ve yakındaki hücrelerden ve bağışıklık sisteminden gelen geri bildirimleri içerir. Bu karmaşıklık, zamanlamanın nasıl işlediğini şekillendirebilir.
Ancak bu sınırlamalara rağmen, bu çanak deneyleri net bir noktayı vurguluyor: herhangi bir kablolama olmadan tek hücrelerin içindeki boşluk kurallarını görebilirsiniz.
Bu, hangi adımların zamanlama bilgisini taşıdığını izole etmeye yardımcı olur ve birincil hücrelerde ve organoidlerde farklı aralıkları, atım sayılarını veya yol kombinasyonlarını test etmek gibi net takipler önerir.
Boşluk, bellek ve insan hücreleri
Özetle, bu bilim insanları, insan hücrelerinde dört kısa, uygun aralıklarla uygulanan kimyasal darbenin, tek bir uzun darbeden daha güçlü ve daha kalıcı gen aktivasyonunu tetiklediğini buldular.
Bu “aralık etkisi” , nöronlardaki hafıza için kritik öneme sahip olduğu bilinen iki moleküler oyuncu olan ERK ve CREB’in daha yüksek ve daha uzun süreli aktivasyonuyla örtüşüyor ve ERK veya CREB’i bloke etmek, aralığın avantajını ortadan kaldırıyor.
Aralıklı çalışma sadece bir çalışma alışkanlığı değil. Hücre sinyallemesinde yer alan bir prensiptir. Sinyaller zamanında ve yoğun bir şekilde geldiğinde, hücreler tek bir yoğun sinyal patlamasından sonra olduğundan daha güçlü ve daha uzun süreli bir tepki verebilirler.
Çalışmanın başyazarı New York Üniversitesi’nden Nikolay V. Kukushkin, “Öğrenme ve hafıza genellikle sadece beyin ve beyin hücreleriyle ilişkilendirilir, ancak çalışmamız vücuttaki diğer hücrelerin de öğrenebildiğini ve hafıza oluşturabildiğini gösteriyor” şeklinde açıklıyor.
Kukushkin ve ekibi, öğrenmenin ayırt edici özelliklerinin bir beyne veya hatta bir nörona ihtiyaç duymadığını, bunların birçok hücre tipinin paylaştığı sinyal ağlarının zamanlamaya bağlı dinamiklerinden ortaya çıkabileceğini kanıtladı.
Bu içgörü, bilim insanlarının daha iyi hafıza modelleri oluşturmasına, daha akıllı ilaç dozajlama programları tasarlamasına ve “hücresel bilişi” daha geniş bir biyolojik ilke olarak keşfetmesine yardımcı olabilir.
Derleyen: Feyza ÇETİNKOL
Kaynak: Anıların Sadece Beyinde Değil, Vücudun Diğer Bölgelerinde de Depolandığı Öğrenildi
ABD’de Gençlerin Beyin Fonksiyonları 10 Yılda Yarı Yarıya Azaldı
Anıların Sadece Beyinde Değil, Vücudun Diğer Bölgelerinde de Depolandığı Öğrenildi/Anıların Sadece Beyinde Değil, Vücudun Diğer Bölgelerinde de Depolandığı Öğrenildi