Modern Bilimin Sırrı: Anılarımız Nasıl Depolanıyor?

Modern Bilimin Sırrı: Anılarımız Nasıl Depolanıyor?

Modern Bilimin Sırrı: Anılarımız Nasıl Depolanıyor?

Araştırmaya göre beyindeki nanoskopik motor proteinler hafızanın fiziksel yapısını oluşturuyor

Hafıza bilmecesi çok uzun bir süredir filozofların ve entelektüellerin ilgisini çekmektedir. Platon ve Aristoteles hafızanın sadece ruh ve zihin aleminde bulunduğuna, ancak bedensel ya da fiziksel hiçbir yanı olmadığına inanıyordu. Hafıza, benlik duygumuz ve öznel deneyimlerimizle yakından bağlantılıdır, ancak hatırlamayla ilişkili fiziksel süreçler de vardır.



Modern analoji, bilgisayar hafızasını beynin hafızasıyla karşılaştırmayı sever; burada nöron adı verilen beyin hücrelerinin aktivitesi, bir sabit diskte depolanan manyetik alan desenlerinin ikili kodlarıyla karşılaştırılır. Ancak bilgisayar aygıtları, nöronların aksine işlerini yaparken değişmezler.

Anıların depolanması ve işlenmesi, hafızanın yapısal kodunu oluşturmak için nöronların içindeki malzemeleri hareket ettiren kinesin adı verilen nanoskopik motor proteinleri kullanır. Bu nanoskopik işçiler, materyalleri taşımak için uzun moleküler izler üzerinde dönüşümlü adımlar kullanarak “yürürler”.

20 yıldır, benim de dahil olduğum sinirbilimciler, nöronların dendritleri üzerinde sürekli tomurcuklanan, şekil değiştiren ve gerileyen dendritik dikenler adı verilen mikroskobik yapıları gözlemlemek için canlı hayvanlarda en son mikroskopi teknolojisini kullandılar.

Dendritik dikenler, nöronların diğer nöronlarla temas kurduğu ve beyin boyunca elektrik devreleri oluşturduğu yerlerdir. Dendritik omurga plastisitesi, dendrit şeklinin bu değişimine atıfta bulunulduğu gibi, beyindeki nöronal yapıların rastgele hareketinden daha fazlasıdır.

Yeni anıları depolamak için tomurcuklanan omurgalar

Yakın zamanda Cell Reports’ta yayınlanan çalışmamızda, dendritik omurga plastisitesinin kapsamının laboratuvarımızdaki hayvanların hafıza performansı ile yüksek oranda ilişkili olduğu bulunmuştur. Farelere zararsız bir tondan korkmayı, ton her çalındığında elektrik vererek öğrettik; daha sonra, aynı tonu zararsız bir durumda tekrar tekrar sunarak farelere aynı korkunun üstesinden gelmeyi öğrettik.

İki gün sonra, farelerin hareketsiz kaldığı sürenin uzunluğuyla gösterilen korku derecesi, hafıza performansını temsil etmektedir. Nöronlarda tomurcuklanan dendritik dikenlerin sayısı ne kadar fazlaysa, donmuş halde kaldıkları süre de o kadar kısa oluyor.

Benzer şekilde, bilim insanları farelerin eğitimden sonra dönen bir çubuk üzerinde ne kadar süre koşabildiklerinin gösterdiği motor hafızanın da nöronlar üzerinde tomurcuklanan dendritik dikenlerin sayısı ile ilişkili olduğunu keşfetti.

Bu yeni oluşan dendritik dikenler optogenetik adı verilen sofistike bir teknoloji kullanılarak çizildiğinde, fareler motor hafızalarını kaybediyor ve sanki hiç eğitim almamış gibi performans gösteriyorlar.

Bu kanıt, hafızanın depolanma şeklini nasıl anladığımızı güçlü bir şekilde etkilemektedir. Bütün bir nöronun ya hep ya hiç aktivitesinin ötesinde, hafızanın yapısal izleri nöronlar üzerindeki dendritik dikenler adı verilen mikroskobik yapıların örüntüleri tarafından oluşturulur.

Moleküler kargoların dikenlere ulaştırılması
Bu keşif başka bir zorluğu da beraberinde getirmiştir: Nöronlar bu hafıza kodlarını “inşa etmek” için dallarının tam olarak neresini biliyorlar? Bu konumlar, farklı deneyimlerle ilgili nöral devrelerin oluşturulmasında farklı nöronlarla temas noktalarına karşılık geldiği için spesifik olmalıdır.

Hücresel materyallerin çoğu hücre gövdesinde sentezlendiğinden, hafıza kodlarının doğru bir şekilde oluşturulmasını sağlamak için nöronlar içinde materyalleri iletecek bir taşıyıcı olmalıdır.

Çalışmamızda, kinesinin dendritik dikenlerin “inşası” için moleküler materyallerin taşınmasında kullanıldığını düşündük. Bunu kanıtlamak için, kinesin tarafından taşındığı bilinen moleküler kargoları floresan işaretleyicilerle etiketledik, böylece kinesinin hareketini mikroskop altında takip edebildik. Bu son teknoloji mikroskopi teknolojisini kullanarak, farelerde korku yaratmadan ve ortadan kaldırmadan önce ve sonra beyindeki kinesin hareketini izleyebildik.

Ayrıca, kinesin işlevinin dendritik omurga hafıza kodu oluşturmak için gerçekten gerekli olup olmadığını anlamak için başka bir grup fareden kinesinleri genetik olarak çıkardık. Kinesin içeren normal farelerde, kinesinin dendritler üzerinde dendritik dikenlerin tomurcuklanabileceği belirli bir konuma hareket etmesinin dakikalar yerine birkaç saat sürdüğünü gördük. Kinesin beyinden çıkarıldığında, etiketlenmiş moleküler kargolar daha az hareket gösterdi ve sonuç olarak, oluşan dendritik dikenlerin sayısı tamamen değişti ve oluşanların stabilitesi önemli ölçüde engellendi.

Çalışmamızda kinesin olmadan fareler düzgün bir şekilde öğrenemiyor veya hafıza oluşturamıyordu.

Hafızayı anlamak
Canlı beyinde hafızanın yapısal kodunu oluşturmak için bir öğrenme deneyimini takiben dendritik dikenlerin inşası için kinesinin taşıma aracı olarak tanımlanmasıyla, yapısal hafıza kodu oluşum süreci ilk kez görselleştirilmiştir. Bu yapısal hafıza kodu, bilginin ikili kodlanmasından daha da karmaşık bir boyut sağlayabilir.

Bu dendritik omurga yapısal kodlarının beyinde büyük ölçekte daha iyi anlaşılması ve potansiyel olarak haritalanması, tıbbi koşullarda hafıza işlevlerini manipüle etmek için yeni yollar açabilir.

Yukarıdaki makale hit olacak, okuyucunun dikkatini çekecek, kafasında soru işareti yaratabilecek birkaç başlık yazar mısın?

Derleyen: Modern Bilimin Sırrı: Anılarımız Nasıl Depolanıyor?

İnsan DNA’sındaki Eski Virüsler Şizofreni ve Bipolar Bozukluğu Tetikliyor mu?

İnsan DNA’sındaki Eski Virüsler Şizofreni ve Bipolar Bozukluğu Tetikliyor mu?

Modern Bilimin Sırrı: Anılarımız Nasıl Depolanıyor?

Bir yanıt yazın

Bu site, istenmeyenleri azaltmak için Akismet kullanıyor. Yorum verilerinizin nasıl işlendiği hakkında daha fazla bilgi edinin.

Çok Okunan Yazılar