İnsan beynindeki sinir hücreleri arasındaki elektriksel ve kimyasal iletişim bilinirken, mekanik iletişim olduğu bulundu. Bunun beyinde önemli bir öğrenme mekanizması olduğu tespit edildi.

Beynin çalışma sistemi konusunda literatürü değiştiren araştırma Nature dergisinde yayımlandı.

Japonya Tokyo Üniversitesi Uluslararası Zeka Araştırma Merkezi’nden Prof. Haruo Kasai ve Dr. Hasan Uçar’ın olduğu ekip, beyinde sinir hücreleri arasındaki iletişimde yeni bir mekanizma olduğunu gösterdi.

Beyinde sinir hücreleri sinaps denilen özel yapılar sayesinde birbirine bağlanır ve bilgi iletişimini gerçekleştirir.

Bu yapılar çoğunlukla bilgiyi veren sinirin kolu üzerindeki buton ile bilgiyi alan sinirin üzerindeki tomurcuk arasında oluşur.

Günlük hayatta yapılan yeme, içme, yürüme, konuşma, üzülme ve sevinme gibi fonksiyonları gerçekleşirken beynin farklı bölgelerini birbirine bağlayan sinir devrelerindeki bu bağlantılar sürekli aktif olarak çalışır.

Öğrenme sürecinde ise, beyinde temel olarak iki değişiklik olur. İlki sinir hücreleri arasında yeni bağlantılar sayesinde yeni sinir devreleri oluşur.

İkinci yöntemde ise, mevcut bağlantılar kuvvetlenir ve bu durumda tomurcuklarda büyüme gerçekleşir.

Bugüne kadar ki çalışmalar tomurcuk ve butondaki değişimleri ayrı ayrı ele almış ve aynı anda gözlemlemeyi başaramamışlardı.

Hasan Uçar yaptığı çalışmada, tomurcuk büyümesi sonucu oluşan fiziksel basınç etkisi ile butondaki keseciklerin etkilendiği ve buton fonksiyonunda 2 kat artış olduğunu gözlemledi.

Nasıl dünyada ilk kez yapıldı?

Dünyada ilk kez yapılmasının nedenini ise Prof. Haruo Kasai, şöyle açıkladı:

Çok kompleks bir deney sistemimiz var, bu sistemde ileri seviye bir lazer mikroskobu, zaman endeksli foton sayma sistemi, elektriksel ve optogenetik sistemleri eş zamanlı kullanıyoruz. Çok uzun saatler süren bir deney setimiz var. Bunun için en yüksek kalitede doku kültürü ve optimum viral ekspresyon sistemleri oluşturmamız sayesinde akla gelmeyen bir sorunun peşinden gitmeyi başardık. Bu sayede tomurcuk ve buton arasındaki iletişimi inceleyerek, mekanik bir iletişim olduğunu keşfettik.

“Mikroskop altında bir tek tomurcukta etkin büyüme sağlamamız için çok önemli bir metodu 2004 yılında geliştirdik” diyen Kasai, “Buton içerisini ölçmeyi sağlayan tekniği ise, bizim grubumuz 2015 yılında buldu. Bu iki yöntemin etkin kullanımı ile ilgili tecrübe ve birikim sadece bizde vardı” dedi.

Dr. Hasan Uçar bu araştırmada iki sinir hücresinin birleşerek iletişim sağladığı sinaps bölümünde bulunan tomurcuk ve butonu eş zamanlı olarak görüntüledi.

Tomurcukların büyüdüğü zaman butonda bir kavis oluşturduğunu ve butonun aktivitesini 2 kat artırdığını buldu.

Bir sonraki aşamada Uçar, buton bölümünü bir pipet yardımı ile mekanik olarak uyardı.

Butonun, bu fiziksel uyarıya tomurcuk büyümesine verdiği tepkiyle aynı boyutta bir tepki vererek mekanik etkiyi tespit edebilen bir özelliğe sahip olduğunu gözlemledi.

Tomurcuk büyümesi ile oluşan kuvvetin ise, bir düz kas hücresinin kasılma kuvvetine eşdeğer bir kuvvet olduğu ifade edildi.

Öğrenme fiziksel olarak beyinde değişiklikler yapabiliyor

Öğrenmenin olduğunda sinir hücrelerindeki değişimi Dr. Hasan Uçar, şöyle anlattı:

Öğrenme sürecinde sinir hücrelerindeki tomurcukların büyüdüğü, unutmada ise küçüldüğü bilim dünyasında genel kabul gören bir yaklaşım. Öğrenme gerçekleştiği zaman tomurcuklardaki büyümenin aslında fiziksel olarak bilgiyi veren sinir hücresini itelemesi ile buton aktivitesini artırdığını gördük.

Bu sayede, buton üzerindeki bazı proteinlerin mekanik etkiyi tespit edip buton icerisinde PREST adını verdiğimiz bir moleküler mekanizmayı çalıştırdığını ortaya çıkarmış olduk.

PREST proteinleri henüz bilinmiyor ve bunların çalışılması sayesinde beyinde şizofreni, epilepsi ve diğer nörolojik hastalıklara karşı önemli çalışmaların yapılmasının kapıları aralanabilecek.

Tomurcukların öğrenme ve hafıza konusundaki öneminin dünya çapında büyük kabul gördüğünü kaydeden Uçar, “Beyindeki öğrenmenin yaklaşık yüzde 70’inde mekanik iletimin kullanıldığını söyleyebiliriz” dedi.

Mekanik iletimin avantajı ne?

Elektro-kimyasal iletim modelinde öğrenme gerçekleştiği zaman sinapsta yeni proteinlerin yerleştirilmesi gerekiyor.

Bunun yaklaşık olarak 20 dakika sürdüğünü söyleyen Uçar, “Bu ise, hızlı öğrenme ve işleyen bellek olarak gözlemlediğimiz fenomene çok uyumlu değil. Çünkü çok yavaş bir süreç. Mekanik iletim ise, henüz tam ölçemiyoruz ancak, saniyeler belki de milisaniyeler içerisinde gerçekleşiyor. Bu da beynin öğrenme mekanizmalarında zamansal olarak bir avantaj sağlıyor olabilir. Dezavantaj olarak ise, beynin çeşitli darbelere hassasiyetinin temel unsurlarından birisi olabilir” diye anlattı.

Bazı beyin hastalıkları araştırılırken bilim insanları, beyindeki iletişim yöntemlerine bakıyor. Bu çalışmadan sonra mekanik etkiyi algılayan bazı proteinlerin olduğu ortaya çıktı. Sonraki süreçte yeni tedavi seçeneklerinde bu proteinlere yönelik de yeni araştırmalar yapılabilecek.

(Kaynak: Independent Türkçe)