Beyindeki İki Karşıt Güç, Bellek Oluşumunu Sağlamak İçin İşbirliği Yapıyor
Beynin önemli bir işlevi, organizmaların çevrelerini öğrenmelerine ve çevrelerine uyum sağlamalarına yardım etmektir. Bunu; bilgiyi depolamak için, nöral aktivitelerin anlamlı desenlerini güçlendirerek, nöronlar arasındaki bağlantıları ve sinapsları değiştirerek yapar. Bu sürecin varlığı yani beyin plastisitesi bir süredir bilinmektedir.
Ancak aslında, sinapslarda iş başında olan iki farklı beyin plastisitesi vardır. Biri “Hebbian plastisite”dir. İsimlendirmesini de sinirbilimci Donald Hebb yapmıştır. Sinapslarda bilginin kayıt edilmesine etkin bir şekilde izin veren tek şey budur. Diğeri ise daha yakın zamanda keşfedilen “Homeostatik sinaptik plastisite” (HSP)’dir. Vücutta sabit vücut sıcaklığının korunması ve diğer “homeostatik” (hücre dışı gerçekleşen olaylar karşısında hücrenin kendi metabolizmasını koruma eğilimi) süreçler gibidir. Amacı vücudun dengede kalmasını sağlamaktır. Bu durumda HSP, beynin çok fazla aktivite oluşturmamasını (epilepside olduğu gibi) veya çok sessiz hale gelmemesini (alzheimer hastalığında sinapsları kaybettiğinizde olabileceği gibi) sağlar.
Ancak, bu iki tip plastisitenin beyinde nasıl etkileştiği hakkında çok az şey biliniyor. Ancak Portekiz Lizbon’dan bir nörobilimci takımı, iki mekanizma çakıştığında sinapsta meydana gelen temel süreçleri çözmeye başladı. Sonuçlar iScience dergisinde yayınlandı.
Yeni araştırmanın ilk yazarı Anna Hobbiss: “Teoride, iki çeşit plastisite karşıt güçler olarak hareket ediyor. Hebbian plastisite, sinyalin daha güçlü olmasını teşvik ederek sinapslarda aktiviteye tepki verirken HSP onlara daha zayıf davranarak tepki veriyor. Hücresel ve moleküler düzeyde, sinapsın aynı zamanda mevcut olduğunda bu iki güçle nasıl bir etkileşim kurduğunu anlamak istedik.” diye açıklama yaptı.
Araştırmacılar, beklenenin aksine, HSP’nin Hebbian plastisitesini kolaylaştırdığını ve böylece hafıza oluşumunu ve öğrenmeyi etkilediğini şaşırtıcı bir şekilde göstermiş oldu. Yani iki tip plastisitenin aslında farklı süreçlerle değil, aynı sinapslar üzerinde birlikte çalışabileceği gözlemlenmiş oldu.
Takımın amacı, sinapsın “alıcı ucu” olan dendritik dikenler olarak adlandırılan yapıların boyutlarındaki değişiklikleri belirlemekti. Bu dikenlerin boyutu, sinaptik bağlantının gücünü yansıtacak şekilde değişiyor.
Hobbiss: “Bunun için, beyin hipokampusundan öğrenmenin hayati bir parçası olan beynin bir kısmını inceledik. Deneylerde, tetrodotoksin adı verilen güçlü bir nörotoksin vererek hücrelerdeki aktiviteyi bloke ettik. Böylece beynin belli bir kısmına giren girdinin kaybını simüle edebildik. Bir kişinin aniden kör olması gibi burada da beyindeki girdi kaybını gözlemleyebildik.”
Kırk sekiz saat sonra, tek tek nöronların dendtirik dikenlerinde glutamat adı verilen bir nörotransmitterin birkaç molekülünü serbest bırakarak sadece bir sinapsta küçük bir aktivite düzelmesini taklit ettiler. Bu, iki-foton mikroskobu olarak adlandırılan ve son derece yüksek çözünürlüklü son teknoloji olan lazer teknolojisi sayesinde bilim insanları bireysel dendritik dikenleri çok net bir şekilde görselleştirebildi.
Bu süreç geliştikçe ekip, dikenlere olanları yakından izledi. Çeşitli anatomik değişiklikler gördüler. İlk olarak, tüm nöral aktivitelerin susturulması dikenleri büyüttü.
Hobbiss, “Dikenler, sessizlik olduğunda en küçük gürültüyü bile deneyimlemek ve yakalamak için ses seviyesini yükselten küçük mikrofonlar gibi.”
Bilim insanları daha sonra bireysel dikenleri glutamat atımlarıyla harekete geçirdiler ve iki saat boyunca izlediler. Düşündükleri şeylerden biri, dikenlerin büyüklüğünün daha da büyümeyeceğiydi. Çünkü hacimlerini şimdiye kadar çoktan aşmışlardı. Ancak bunun tersi oldu. Dikenler daha da büyüdü. Küçük dikenlerin en fazla büyümeyi gösterdiği gözlemlendi.
Deney boyunca sadece bir diken hedeflendiyse de, komşu dikenlerde de büyüme görüldü.
Hobbiss: “Bir aktivite eksikliğinden sonra çevredeki diğer dikenlerin de büyüdüğünü ve hücrenin yapılandırılmış sinirsel iletime olan duyarlılığını daha da artırdığını gördük. Hücreler daha hassas, bilgiyi kodlamaya daha duyarlı hale geldi.”
“Komşu dikenlerin aktif bir dikenle birlikte büyüdüğü gerçeği, homeostatik plastisitende bilgi deposunun ayırt edici özelliklerinden birini değiştirdiğini ve bunun da plastisitenin bilgi girişi ile sınırlı olduğunu göstermektedir. Bu anlamda, nöronda işleyen farklı plastisite mekanizmaları, bir uyarana ne kadar girdiye yanıt verdiğini bulmak için işbirliği yapabileceği anlamına geliyor. Bu çalışmamızın heyecan verici bir bulgu olduğunu düşünüyorum.”
Bu sonuçlar birlikte ele alındığında, homeostatik plastisitenin aslında hebbian plastisitesini değiştirebileceğini göstermektedir.
Çeviri:Tuğba Aydın