Yetişkin beyninin yeni anılar yaratma ve yeni bilgiler alma kapasitesi bu olgunlaşmamış bağlantılarla açıklanabilir.
MIT’deki araştırmacılar yetişkin beyninde milyonlarca “sessiz sinaps” olduğunu göstermiştir. Nöronlar arasında yeni anıların oluşumuna yardımcı olmak için çağrılana kadar uykuda olan olgunlaşmamış bağlantılar olduğu belirtiliyor.
Yakın zamana kadar, sessiz sinapsların sadece beyin gelişiminin ilk aşamalarında, beynin yeni bilgileri özümsemesine yardımcı oldukları zaman mevcut oldukları düşünülüyordu. Ancak MIT’nin en son çalışması, yetişkin farelerin beyinlerinin korteksindeki tüm sinapsların yaklaşık %30’unun sessiz olduğunu ortaya koydu.
Araştırmacılara göre, bu sessiz sinapsların varlığı, yetişkin beyninin halihazırda var olan geleneksel sinapslarını değiştirmek zorunda kalmadan nasıl sürekli olarak yeni anılar yaratabildiğinin ve yeni bilgiler öğrenebildiğinin anlaşılmasına katkıda bulunabilir.
Önemli yeni bilgiler sağlandığında, ilgili nöronlar arasındaki bağlantılar güçlendirilir çünkü bu sessiz sinapslar aktif olarak yeni bağlantılar aramaktadır. Çalışmanın başyazarı MIT yüksek lisans öğrencisi Dimitra Vardalaki’ye göre, bu durum beynin, değiştirilmesi daha zor olan olgun sinapslarda tutulan önemli anıları değiştirmesini engelliyor.
Makalenin kıdemli yazarı ise beyin ve bilişsel bilimler alanında doçent olan ve MIT’nin McGovern Beyin Araştırmaları Enstitüsü’nde görev yapan Mark Harnett. Makale Nature dergisinde yayımlandı.
Yazar Kwanghun Chung, MIT’de yardımcı profesör olarak kimya mühendisliği dersleri veriyor.
Sessiz sinapslar, bilim insanları tarafından onlarca yıl önce ilk kez tespit edildiklerinde ağırlıklı olarak farelerin ve diğer hayvanların gelişmekte olan beyinlerinde bulunuyordu. Bu sinapsların, küçük çocukların çevrelerini ve onunla nasıl etkileşime gireceklerini öğrenmek için ihtiyaç duydukları muazzam miktarda bilgiyi özümsemede beyne yardımcı olduğu düşünülüyor. Farelerdeki bu sinapsların 12 günlük olduklarında yok olduğu düşünülüyordu.
Öte yandan bazı sinirbilimcilere göre sessiz sinapslar yetişkinliğe kadar sürebilir ve yeni anıların yaratılmasına yardımcı olabilir. Esasen anormal bir öğrenme durumu olduğu varsayılan hayvan bağımlılık modelleri bunun için kanıt sağlamaktadır.
Columbia Üniversitesi’nden Stefano Fusi ve Larry Abbott tarafından, beyinlerin yeni bilgileri nasıl etkili bir şekilde öğrendiğini ve uzun süreli hafızada sakladığını açıklamak için nöronların çeşitli farklı plastisite mekanizmaları sergilemesi gerektiği de teorize edilmiştir. Bu durumda, bazı sinapslar yeni anılar yaratmak için hızla oluşmalı ya da değişmeli, diğerleri ise çok daha kararlı kalarak uzun süreli anıları korumalıdır.
MIT araştırmacıları açıkça sessiz sinapsları aramak için yola çıkmadılar. Bunun yerine, Harnett’in laboratuvarında daha önce yapılan bir deneyin büyüleyici bir sonucunu araştırıyorlardı. Bu çalışmada araştırmacılar, dendritlerin tek bir nöron içinde bulundukları yere bağlı olarak sinaptik bilgiyi nasıl farklı şekilde işleyebildiklerini gösterdiler.
Araştırmacılar, bunun davranışlarındaki varyasyonları açıklamaya yardımcı olup olamayacağını belirlemek için, bu çalışmanın bir parçası olarak çeşitli dendritik dallardaki nörotransmitter reseptörlerini ölçmeye çalıştılar. Bunu, Chung’un yarattığı eMAP (epitop koruyan Büyütülmüş Proteom Analizi) olarak bilinen bir yöntem kullanarak başardılar. Bir doku örneğini fiziksel olarak genişleterek ve içindeki belirli proteinleri etiketleyerek, araştırmacılar bu yöntemi son derece yüksek çözünürlükte görüntüler üretmek için kullanabilirler.
Bu görüntülemeyi gerçekleştirirken beklenmedik bir bulgu elde ettiler. Harnett’e göre, oldukça sıra dışı ve beklenmedik olan ilk şey, her yerde filopodia olmasıydı.
Dendritlerden uzanan filopodia adı verilen ince zar çıkıntıları daha önce de gözlemlenmişti, ancak sinirbilimciler bunların tam işlevlerinden emin değildi. Bunun nedeni kısmen filopodilerin küçük boyutları nedeniyle geleneksel görüntüleme yöntemleri kullanılarak görüntülenmesinin zor olmasıydı.
Bu keşfin ardından MIT ekibi, yetişkin beyninin başka bölgelerinde de filopodia aramak için eMAP teknolojisini kullandı. Şaşırtıcı bir şekilde, fare görsel korteksinde ve beynin diğer bölgelerinde daha önce gözlemlenenden 10 kat daha yüksek bir seviyede filopodia keşfettiler. Ayrıca, filopodinin AMPA reseptörlerinden yoksun olduğunu ancak nörotransmitter reseptörleri olan NMDA reseptörlerine sahip olduğunu keşfettiler.
Nörotransmitter glutamatı bağlayan bu reseptör tiplerinin her ikisi de tipik bir aktif sinapsta mevcuttur. Magnezyum iyonları nöronların olağan dinlenme potansiyelinde NMDA reseptörlerini bloke ettiğinden, NMDA reseptörleri sinyalleri iletmek için tipik olarak AMPA reseptörleri ile birlikte çalışır. Sonuç olarak, sadece NMDA reseptörlerine sahip sinapsların, AMPA reseptörleri olmadığında bir elektrik akımı iletemedikleri için “sessiz” oldukları söylenir.
Kaynak ve İleri Okuma: news.mit.edu/2022/silent-synapses-brain-1130
