Bilgiustam
Türkiye'nin Bilgi Sitesi

Bilgi İşleme ve Sinaptik İletim

0 102

Beyin, muhtemelen bilgi işleme için hayal edile bilinecek en karmaşık makinedir. Yönettiği veri miktarı son derece büyüktür. Hem iç hem de çevreden gelen herhangi bir bilinçli veya bilinçsiz olayın algılanması, detaylandırılması ve uygun bir eylemle yanıtlanması gerekir. Dahası, zihnin üst düzey etkinlikleri, mantıksal detaylandırma, geçmiş deneyimle ilişki (hafıza) ve düşüncenin detaylandırılmasına katılan beynin farklı alanları arasında bilgi aktarımını gerektirir. Hemen hemen tüm beyin hastalıkları ve hatta basit kusurlar, beyindeki bilgiyi yöneten temel sistemin bozulmasıyla ilgili olabilir.
Bilgi aktarımı ve yönetimindeki ana aktörler sinapslardır ve sonra beyin bilgi işlemenin anlaşılması, sinaptik işlevselliğin tam olarak anlaşılmasını göz ardı edemez. Bu yazıda örnek olarak beyin sinapsının (glutamaterjik sinaps) en yaygın türünü kullanarak, bilginin transferini ve yönetimini düzenleyen en ilgili mekanizmalardan bazılarını vurgulanarak sinaptik iletimin temel mekanizması hakkında bilgiler bulunmaktadır.
Beyin, muhtemelen çevreden ve vücudun içinden gelen bilgilerin sürekli olarak detaylandırılmasını paralel olarak gerçekleştiren en karmaşık hesaplama makinesidir. Kuşkusuz, araştırma düzeyinden bağımsız olarak (moleküler düzeyden nörolojik ve psikolojik düzeye kadar), neredeyse tüm sinir bilimleri, doğrudan ya da dolaylı olarak beyin bilgi işlemesi veya arızasıyla ilgilenir. Bu yazıda, nöronlar arasındaki akışının kontrolünün ne kadar karmaşık olduğunu gösteren bilgi aktarımının ve detaylandırmanın bazı temel yönleri hakkında bilgiler bulunmaktadır
Bilgi İşleme ve Sinaptik İletimNöronlar bilgiyi esas olarak hem iletmek hem de almak için kullandıkları sinaptik temaslarla paylaşırlar. Birçok nöron arasındaki giriş ve çıkış teması, sinir ağlarını ve tüm beyni çalıştıran sistemdir. Sinapslar, o halde, nöronlar arasındaki bilgi aktarımı için kilit noktalardır, ancak daha sonra ayrıntılı olarak göreceğimiz gibi, bunlar aynı zamanda birincil bilgi kodlama ve ayrıntılandırma sistemidir. Faaliyetleri, aslında, bilginin bir nöron tarafından spike sekansları şeklinde kodlanmasını, presinaptik kodun postsinaptik temsilinin ilk adımı olarak tanımlayabileceğimiz bir postsinaptik potansiyeller (PSP) sekansına dönüştürür. Bir presinaptik nöronun sivri sekansını bir uyaranın temsili olarak düşünürsek, sinaptik seviyede üretilen PSP’ler bu uyaranın sinaptik temsili olacaktır.
Bununla birlikte, uyaranın anlamı, yalnızca bir çevresel uyarmanın kodlanmasına atıfta bulunmaz. Birkaç nörondaki sivri uç dizileri, yalnızca uyaranların kodlanması değil, aynı zamanda bellek hatırlama, düşünme, akıl yürütme vb. İle bağlantılı yüksek seviyeli performanslara da katılır. Spike dizisinin rolü ne olursa olsun, diğer nöronlara iletilen ve bir PSP dizisinde sinaptik düzeyde çevrilen bir bilgiyi temsil eder. Bunun bir postsinaptik spike dizisine nasıl yeniden kodlanacağı, uyumlu bir zaman penceresinde nörona gelen tüm girdilerin karmaşık bir entegrasyonuna bağlıdır.
Sadece uyaranların kodlanması değil, aynı zamanda bellek hatırlama, düşünce, akıl yürütme vb. ile bağlantılı yüksek seviyeli performanslara da katılırlar. Spike dizisinin rolü ne olursa olsun, diğer nöronlara iletilen ve bir PSP dizisinde sinaptik düzeyde çevrilen bir bilgiyi temsil eder. Bunun bir postsinaptik spike sekansına nasıl yeniden kodlanacağı, uyumlu bir zaman penceresinde nörona gelen tüm girdilerin karmaşık bir entegrasyonuna bağlıdır. sadece uyaranların kodlanması değil, aynı zamanda bellek hatırlama, düşünce, akıl yürütme vb. ile bağlantılı yüksek seviyeli performanslara da katılırlar. Spike dizisinin rolü ne olursa olsun, diğer nöronlara iletilen ve bir PSP dizisinde sinaptik düzeyde çevrilen bir bilgiyi temsil eder. Bunun bir postsinaptik spike sekansına nasıl yeniden kodlanacağı, uyumlu bir zaman penceresinde nörona gelen tüm girdilerin karmaşık bir entegrasyonuna bağlıdır.
Son elli yılda anlaşılması için büyük bir çaba harcanmasına rağmen, nöronların bilgiyi gerçekten kodlama, kullanma ve paylaşma şekli bir sır olarak kalmaya devam ediyor. Genel olarak kabul gören bir şey, belirli bir olay için bir nöronun kodunun, belirli bir zaman penceresinde bir dizi temel bit (sivri uçlar) tarafından oluşturulduğudur. Belirli bir uyaran için kodun anlaşılmasındaki zorluk artar, çünkü bu dizi, aynı uyaran için üretildiğinde de genellikle zaman içinde rastgele dağılmış gibi görünür (düzensiz ve tekrarlayan olmayan aralıklar arası). Bilgi İşleme ve Sinaptik İletim
Şimdiye kadar, kodun olası doğası hakkında iki ana fikir doğrulandı ve her ikisi de birçok güçlü deneysel kanıtla destekleniyor. Bunlardan birine göre, uyaranın kodlanması, belirli bir zaman penceresinde ani artışların frekansı cinsinden gerçekleşir. Ani yükselmelerin birçok farklı zaman sekansı, seçilen zaman penceresinde verilen sivri uçların sayısına bağlı olduğundan aynı frekansı verebilir. Alternatif olan, kodlamanın ani artış oluşumunun kesin zamanlamasına gömülü olduğunu varsayar.
Nöronların sivri uçlar dizilerinde (frekans veya kesin zamanlama olarak) ürettiği kod arasındaki ilişkiyi anlamadaki zorluk, esasen nöronun aldığı binlerce sinaptik girdi sayesinde nasıl sivri uçlar oluşturduğuna dair kesin bilgi eksikliğinden dolayı artmaktadır. Buna karşılık, bu bilgi eksikliği, sinapsların presinaptik bilgiyi bir PSP dizisine nasıl kodladığına dair hala düşük bilgi düzeyine bağlıdır. Sinaptik aktarımın temel mekanizmalarının anlaşılması, bellek bozukluğunu ve Parkinson, Alzheimer ve Otizm gibi diğer beyin performanslarını içeren önemli beyin hastalıklarının oluşumu da dahil olmak üzere, sinir bilimlerinin tüm alanlarında esastır. Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, günümüzde dünya çapında sinaptik iletimi en çeşitli deneysel yaklaşımlarla değil, aynı zamanda matematiksel modelleme ve bilgisayar simülasyonları ile çalışmak için büyük bir çaba harcanmaktadır, çünkü yapısal uyum için sinapsların tüm özellikleri deneysel yaklaşımlarla açıklanamaz.
Korteksin veya hipokampus alt alanlarının tipik bir piramidal nöronu binlerce sinaptik girdi alır (3000–30.000). Bu girdilerin daha büyük kısımları (% 80), nörotransmiter olarak glutamat (Glu) kullanan uyarıcı girdilerdir. O halde, bu sinapsların en önemli bilgi transferi ve detaylandırma yolu olduğunu varsaymak mantıklıdır. Muhtemelen, glutamaterjik piramidal nöronların aktivitesinin en önemli düzenleyici sistemi, kullanan inhibitör nöronlar tarafından verilmektedir. Nörotransmiter olarak aminobütirik asit GABA)
GABAerjik sinapslar, piramidal bir nörona giren sinapsların % 10 ila 20’sini temsil eder ve uyarıcı glutamaterjik sinapslar arasında dendritik dalların şaftı üzerinde stratejik konumlarda bulunurlar. Glutamaterjik sinapslar normalde dendritik dalların şaftından çıkıntı yapan dikenler (bir çeşit uzama) üzerinde bulunur. Aktive edildiklerinde, zarı depolarize eden bir akım olan uyarıcı postsinaptik akımı (EPSC) üretirler.VmVm) sözde uyarıcı postsinaptik potansiyeli (EPSP) üretmektedir. GABAergic’in düzenleyici etkisi (esas olarak GABAAA tip) sinapslar yeniden kutuplaştırmaktır VmVmMembran voltajı üzerinde ters etki yaratan ve inhibe edici postsinaptik potansiyeli (IPSP) üreten sözde inhibitör postsinaptik akım (IPSC) iled gerçekleşir.Bilgi İşleme ve Sinaptik İletim
Bu büyük miktardaki girdilerin aktivitesinin nöronun soma’sına entegrasyonu, nöronun ani yükselme davranışını (kodlama) belirler. Ortalama olarak bir nöronun başka bir nörona tek bir sinaps yaptığı düşünüldüğünde, her nöron, taşıdığı bilgiyi göndermeye çalışan binlerce nörondan temas alır. Bununla birlikte, belirli bir alandaki (gönderme alanı) birkaç nöron, her birine aynı nörona (alıcı nöron) tek bir temas verebilir. Gönderen alanların birçok nöronu bir uyaran tarafından uyarılırsa, sinaptik yanıtların alıcı nöron üzerindeki entegrasyonu, uyaranın postsinaptik temsilini üretecektir. Örneğin, dentat girusun birkaç nöronu, hipokampusun alt alanlarından birinin (CA1 veya CA3) aynı nöronuna giriş yapabilir. Ayrıca, farklı alanlarda bulunan diğer nöronlardan gelen girişlerle, bir giriş etkileşime (daha önce verilen örnekte entorhinal korteks)
Bilgi yönetimi probleminin tek bir nöron tarafından yapılan bu kısa ve eksik temsiline bakarsak, sivri uçlar dizisi ile ürettiği kod arasındaki yazışmanın, girdiler arasındaki korelasyonun nasıl ve neden çok değişken olduğu ortaya çıkar. ve üretilen kod tahmin edilemez ve rastgele görünüyor. Bu çerçevede, büyük miktarda karmaşıklık, her bir sinaps için tek bitlik (sivri uç) bilginin iletimini düzenleyen mekanizmalara bağlıdır. Sinaptik aktivite birçok faktörden büyük ölçüde etkilenir. Her şeyden önce, glutamaterjik sinapsın postsinaptik nöronal koda katkıda bulunma şekli, sinapsın bulunduğu dendritin biyofiziksel özelliklerine ve bulunduğu yerden soma’ya giden yola büyük ölçüde bağlıdır. Bir sinapsta üretilen elektrik sinyali, esasen dendritik boyuta bağlı olarak arborizasyon boyunca değişen dendritik yolun kablo özelliklerine göre mesafe ile zayıflar.
Mesafe ile zayıflama üstel tiptedir. Genellikle, dalların soma’dan daha uzaktaki daha yüksek giriş empedansı, bazı yazarların bir tür “sinaptik demokrasi” olarak değerlendirdiği bir fenomen olan, daha yüksek genlikli EPSP üreten uzak sinyallerin yayılmasına yardımcı olur. Bir nörona aktarılan sinaptik bilginin modülasyonunda yer alan bazı temel mekanizmalar hakkında bir fikir vermek için, aşağıda, basitleştirilmiş bir şekilde, bu süreçlere özel bir dikkat göstererek sinaptik iletimin temel mekanizmasını kısaca hatırlayacağız. (sinyalin modülasyonuna katılanlar)
Bilgiyi iletme ve değiştirme yeteneğinin bir kısmı doğrudan sinaptik yapıya bağlıdır. Bu nedenle ilk olarak genel bir glutamaterjik sinapsları ve sonra tek bitlik sinaptik bilginin (EPSP) taşıdığı bilginin modülasyonunu etkileyen sinaptik öncesi ve sonrası mekanizmaları tanımlayacağız. Bir dizi temel bit (bir “kelime”) üzerindeki modüle edici etki de dikkate alınacak ve son bir tartışma, farklı modüle edici sistemlerin etkilerini özetleyecektir.

Kaynakça:
https://www.researchgate.net/publication/304183443_Information_Processing_in_Synapses
https://www.intechopen.com/books/advances-in-neural-signal-processing/information-processing-and-synaptic-transmission

Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu

Bunları da beğenebilirsin

Cevap bırakın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.

Bu web sitesi deneyiminizi geliştirmek için çerezleri kullanır. Bununla iyi olduğunuzu varsayacağız, ancak isterseniz vazgeçebilirsiniz. Kabul etmek Mesajları Oku