Sıcak bir şeye dokunduktan sonra elimizin yanması gibi olaylarda beynimiz o aktiviteyi kaydeder. Yaşanılan tecrübeler sırasında nöronlar aktifleşir.
Farklı tecrübeler beyin hücrelerinde farklı aktivite karakteristiklerini uyarır. Beynin dünyayı nasıl algıladığını daha iyi kavramak için araştırmacılar bu aktivite karakteristiklerini takip etmek istemişlerdir. Fakat bunu yapmak, bu aktivitelerin anlık olması nedeniyle zordur. Beyinde bulunan 100 milyar nöron içerisinde sadece birkaç bin nöron ile bu şekilde çalışmayı başarabilmişlerdir.
Petri içerisindeki hücrelerle ve laboratuvar fareleriyle yapılan çalışmalarla, nöron aktivite kayıtları gen ekspresyon (genin kendi proteinini kodlaması ve genden proteinin sentezlenmesi olayı) karakteristiği, hücrede aktif olan belirli genler açısından analiz edildi. Başka bir deyişle araştırmacılar, bir uyarana karşı nöronun ne kadar süre aktif olarak kaldığını gösteren bir ekspresyon karakteristiği buldular.
Harvard Medical School’da yapılan bu çalışmada araştırmacılar, fareyi kafeste uzun süre karanlık bir ortamda bıraktılar. Kafese 5 dakika ya da daha uzun aralıklarla ışık verildi. Araştırmacılar, farenin görsel korteksindeki (beyinde görüntüyü işleyen bölge) ışıkla uyarılan nöronların aktivitesini kaydetti. Bunun sonucunda kısa süreli ışık uyarımı hızlı cevap veren genleri, uzun süreli ışık uyarımı ise hem hızlı cevap veren genleri hem de yavaş cevap veren genleri uyardı. Bu durumda nöronların gen aktivitesine bakarak, uyarım süresi tahmin edilebilir mi? Cevap evet gibi görünüyordu.
Işığa maruz bırakıldıktan sonra gen anlatımını görsel korteksteki tüm hücre tiplerinde incelediler ve ilginç şekilde nöronların yanı sıra, astrositler, makrofajlar ve beyindeki kan damarlarında bulunan kas hücreleri gibi nöron olmayan hücrelerin de gen aktivitesinin değiştiğini gözlemlediler (beyindeki hücre tipleri ile ilgili daha fazla bilgi için https://www.bilgiustam.com/sinir-sisteminde-bulunan-hucre-tipleri-ozellikleri/). Uyarana maruz kaldıktan sonra toplam 114,000’den fazla nöron analiz edildi ve bölgedeki nöronların %50-%70’nin değişiklik göstermesine ek olarak nöral olmayan hücrelerin de büyük bir kısmında değişim görüldü. Bu çalışmada aktivitesi incelenen 611 genin bazılarının ekspresyonu iki katına çıkmış, bazı genlerin ekspresyon miktarı ise düşmüştür. Analiz edilen genlerden bazıları beyin gelişimi sırasında beynin damarlanması gibi yapısal modelleme olaylarıyla bağlantılıdır.
Bulgulara göre nöron aktivitesi ne kadar uzun sürerse, bunun sonucunda daha fazla gen aktif olur. Nöron bir uyarana maruz kaldığında genler de hızlı bir şekilde yanıt verir. Daha uzun süren bir uyaran ise hem hızlı yanıt veren genleri hem de daha uzun sürede yanıt veren genleri uyarır. Çok sayıda nöronda gen aktivitesini ölçmek, nöronun aktivitesini ölçmekten daha kolaydır. Elde edilen bulgular beynin nasıl çalıştığı ve hafızanın nasıl şekillendiği ile ilgili araştırmalar açısından umut vericidir.
Sinirbilimciler arasında gen ekspresyonlarının nöronların plastisitesini (uyarılara göre değişim gösterme özelliği) ve bağlantılarını kontrol edip edemediğine dair tartışmalar vardır. Belki de bir uyarana karşı gelişen nöron bağlantısı genetik olarak kontrol ediliyordu. Bu bulguların sonucunda, nöronların içerisinde uyaranları işleyen hızlı ve yavaş bilgisayarların varlığı gibi bir benzetme yapılabilir. Burada hızlı bilgisayarlar uyarana karşı hemen aktifleşen genleri, yavaş bilgisayarlar ise geç yanıt veren genleri temsil eder.
Beyin bir işi yapabilmek için, farklı hücre tiplerinin hücresel fonksiyonların uygun şekilde düzenlenmesine bağımlıdır. Bilim insanları uzun zamandır, her bir hücrenin çeşitli uyaranlara nasıl cevap verdiğini araştırıyordu. Fakat teknik kısıtlamalar nedeniyle, önceki genetik çalışmalar karışık bir hücre popülasyonuna odaklanıyordu.
Sonuç olarak, bu çalışmadan elde edilen bulgulara göre çevresel uyaranlar ve tecrübe beyinde gen aktivitesini ve fonksiyonunu etkileyebiliyor. Bu mekanizma, beyinde uzun süreli değişiklikler gerektiren hafıza ve öğrenme işinin nasıl gerçekleştiğini anlamada bize yardım edebilir.
Elde edilen bulgular yeni soruları ortaya çıkarıyor. Örneğin, beyindeki genetik program hücrelerin işlevini nasıl etkiler? ve hayatın erken ya da geç evresinde beyindeki gen aktivitesi nasıldı? Ayrıca, bipolar, şizofreni, depresyon gibi hastalıkların altında yatan mekanizma bu genlerin aktivitesindeki bozukluktan kaynaklı olabilir. Bu soruların cevabı, beynin nasıl çalıştığı konusunu daha iyi anlamamızı sağlayacaktır ve tüm bu soruların cevabını bulabilmek için daha fazla bilimsel çalışma gerekecektir.
Kaynakça:
1) https://medicalxpress.com/news/2018-04-brain-cells-gene.html
2) https://medicalxpress.com/news/2018-02-single-cell-analysis-reveals-diverse-landscape.html
Yazar: Ayça Olcay