Anasayfa/Bilim/İnsan Beyin Hücrelerini Benzersiz Yapan Nedir?
0 1.045 Okuma Süresi: 2 dakika
Yeni bulgular, insan nöronlarının hesaplama gücünde bize destek sağlayacak farklı elektriksel özelliklerini ortaya koymaktadır.
İspanyol nörobilimci Santiago Ramón y Cajal, nöronları ilk kez gözlemlediğinde beynin çalışmasında devrim yarattı. 100 yıldan uzun süredir, yaptığı araştırmalar, insanlar da dahil olmak üzere birçok farklı hayvanda sinir hücrelerinin; uzun, ince uzanan aksonlar, soğanlı hücre gövdelerine bağlı kök benzeri dendritler gibi karmaşık detaylarını ortaya çıkardı. Cajal’ın incelemeleri, insanlarda dendritlerinin (nöronda diğer nörondan alınan elektrokimyasal uyartının hücre gövdesine iletilmesini sağlayan, dal benzeri yapılardır), kemirgenlere ve diğer hayvanlara, hatta insan olmayan diğer primatlara göre daha uzun olduğunu ortaya çıkardı. Yayınlanan yeni bir çalışma, insanlarda bu antennalike projeksiyonların beynin gelen bilgiyi nasıl işlediğini açıklamaya yardımcı olabilecek farklı elektriksel özelliklere sahip olduğunu gösteriyor.
Cajal’ın ilk gözlemlerinden bu yana bilim insanları yıllardır dendritleri titizlikle inceliyorlar. Massachusetts Institute of Technology (MIT) üniversitesinde sinirbilimci Mark Harnett, “İnsan dendritleri hakkında gerçekten bildiğimiz tek şey onların anatomisiydi. İnsan dendritlerinin uzunluğundan dolayı farklı şeyler yapmak için çok fazla potansiyel vardı, ama bildiğim kadarıyla, gerçek elektriksel özellikleri hakkında yayınlanmış bir çalışma yoktu.”
Bu yüzden Harnett ve meslektaşları, dendritlerin uzunluğunun kendilerinden geçen elektrik sinyallerini etkileyip etkilemediğini araştırmaya başladılar. Bir nörolog yardımıyla Massachusetts Genel Hastanesi’nden Sydney Cash, rutin olarak cerrahi operasyon geçiren epilepsi hastalarından alınan beyin dokusunu elde edebildiler. Araştırma ekibi parça dokuyu aldıktan hemen sonra laboratuvara naklederek, numuneleri dilimleyip test ettiler. İnsan dokusu sadece birkaç gün canlı tutulabildiğinden, deneyler genellikle 48 saat boyunca devam etti.
Harnett’in ekibi toplamda dokuz hastanın ve 30 farenin beyin dilimlerini inceledi. Araştırmacılar, bu numunelerdeki nöronların elektriksel özelliklerini incelemek ve aktivitelerini ölçmek için sinir hücrelerine küçük cam iğnelerin bağlanmasını içeren patch-clamp (yama-kelepçe) kayıtlarını kullandılar. Bu araştırmalar, insan ve kemirgen dendritlerin, bir aksiyon potansiyeli üretme yeteneği gibi temel özellikleri paylaşmasına rağmen, iki tür arasında bazı önemli farklılıklar olduğunu ortaya çıkarmıştır. Araştırmacılar nöronların dendritlerine elektrik akımı enjekte ettiğinde, insan hücrelerindeki somaların (hücre gövdesi) kemirgen somalarına göre daha az aktivite ettiğini gördüler. Harnett, “Bu doğrudan doğruya (sinyallemenin) insan dendritlerinde çok daha fazla bölümlere ayrıldığını öne sürer. Dendritlerde gerçekleşen yerel işlemlerin, somada olup bitenlerden bağımsız olarak gerçekleşebileceği anlamına gelir.”
Harnett bu dendritik bölmeleri kilitli bir yapıya benzetir: Kilitler daha karmaşık hale geldikçe, kilidi açmak için daha karmaşık bir anahtara ihtiyac duyulur. Benzer şekilde, insan dendritleri, soma’yı güçlü bir şekilde etkilemek için çok spesifik sinyaller gerektirebilir.İnsan dendritler nöronları, kemirgenlerden daha fazla hesaplama gücü ile donatır. Harnett, kemirgenlerde hücrelerin bir ucundan diğerine sinyallerin daha kolay bir şekilde iletilebilmesinin, bu hayvanların dendritlerindeki elektriksel sinyallerin işlenmesinin daha az bölümlere ayrılmasından kaynaklı olduğunu ileri sürer.
Bu gözlemlere dayanarak, bilim insanları, insan nöronlarının dendritlerinde, diğer birçok hayvandan daha büyük bir bölümlenmenin var olduğunu söylüyorlar. Çünkü insan dendritleri çok daha uzundur. Hesaplamalı modellerle yapılan sonraki çalışmalar, dendritler içinde daha bağımsız işlem bölümlerine sahip olmanın tek bir hücre içinde daha fazla hesaplama gücü sağlayabileceğini gösterdi.
Hausser: ” Bir ihtimal de, dendritlerin içindeki elektriksel aktivitenin, ayrı sinyallerin eşzamanlı oluşumunu algılayabileceğini, yani bir gülün kokusu ve şekli ile ilgili gelen bilgiyi belirleyebileceğini söylüyor. Nörona farklı girdilerin tanımlanmasına ek olarak, dendritler bu bilgiyi bir araya getirmek ve saklamakla da ilgilenebilirler. Harnett’in çalışması kendi dendritlerimizi keşfetmenin yeni çağında ilk adımı temsil ediyor ve bu, insan beyninin nasıl çalıştığını anlamak için inanılmaz derecede önemlidir.”
Elbette, bu fikirlerin deneysel olarak test edilmesi gerekiyor. Birçok nörobilim çalışması kemirgen çalışmalarına dayanır, ancak hayvanların beyninin insanlardan farklı olduğunu kanıtlamanın çeşitli yolları vardır. Bu çalışma, boyut farklılıklarına ek olarak, insan beyninin işlevlerinde de farklılıklar olduğunu göstermektedir.
DeFelipe: “Beynimiz daha büyük bir fare beyni değil.”
SCIENTIFIC AMERICANScienceDailyMIT News
beyin DeFelipe dendrit epilepsi hücre gövdesi İnsan dendritleri kemirgen dendritleri Mark Harnett Massachusetts Institute of Technology (MIT) nörobilim nöroloji nöron patch-clamp sinir bilim sinir hücresi sinyal yama-kelepçe
Kozmik Patlamalar Altın Yaratıyor