Bilim insanları, insan beyninde daha önce görülmeyen özel bir hücre haberleşme biçimi keşfetti.
Bu keşfin heyecan verici yanı, beynimizin düşündüğümüzden çok daha güçlü bir hesaplama birimi olduğunu ortaya koymasıdır. Geçen yılın başlarında, Almanya’daki ve Yunanistan’daki enstitülerden araştırmacılar, beynin dış kortikal hücrelerinde kendi kendine yeni “dereceli” bir sinyal üreten ve bireysel nöronlara mantıksal işlevlerini yerine getirmeleri için başka bir yol sağlayabilen bir mekanizma bildirdi.
Araştırmacılar, epileptik hastaIardan ameIiyatIa alınan doku parçalarının elektriksel aktivitesini ölçerek ve floresan mikroskobu ile yapılarını analiz ederek korteksteki bireysel hücrelerin “ateşIemek” için sadece alışılagelmiş sodyum iyonlarını değil, kalsiyumu da kullandığını buldu.
Pozitif yüklü iyonların bu kombinasyonu, daha önce hiç görülmeyen kalsiyum aracıIı dendritik aksiyon potansiyelleri veya dCaAP’ler olarak adlandırılan voltaj dalgalarını başlattı.
Beyin, özellikle insan beyni, çoğu zaman bilgisayara benzetilir. Bu benzetme tamamen doğru olmasa da ikisinin de bazı görevleri benzer şekilde yerine getirdiği söylenebilir. İkisi de çeşitli görevleri yerine getirmek için elektriksel voltaj gücünden yararlanırlar.
Bu süreç bilgisayarlarda, transistor (iletken) adı verilen kesişim noktaları arasındaki basit bir elektron akımından ibarettir. Nöronlarda ise sodyum, klorür ve potasyum gibi yüklü parçacıkIarın alışverişini sağlamak üzere açılıp kapanan kanal dalgalarından oluşur.
Bu akıştaki iyon sinyaline aksiyon potansiyeli denir. Transistorlardan farklı olarak nöronlar, bu mesajları dendrit adı verilen dalların ucunda kimyasal bir biçimde işletir.
Humboldt Üniversitesi’nden sinirbilimci Matthew Larkum, Ocak 2020’de Amerikan Bilimsel Gelişme Birliği’nden Walter Beckwith’e “Dendritler beyni anlama yolunda merkezi bir öneme sahiptir. Çünkü bireysel nöronların bilgi işleme gücünü belirleyen şeyin merkezinde yer alırlar.” dedi. Dendritler sinir sisteminin trafik lambalarıdır. Eğer bir aksiyon potansiyeli yeteri kadar belirginse mesajı geçirecek ya da engeIIeyecek olan diğer nöronlara iletilebilir.
İşte bu, beynimizin mantıksal temelleridir – toplu olarak iki şekilde iletilebilen voltaj dalgalanmaları: VE (x ve y tetiklenirse mesaj iletilir) ya da VEYA (x veya y tetiklenirse mesaj iletilir) mesajı. Bu muhtemelen, başka hiçbir yerde, insan merkezi sinir sisteminin yoğun ve buruşuk dış kısmı olan serebral korteksten daha karmaşık değildir. Daha derindeki ikinci ve üçüncü katmanlar özellikle kalındır; duyu, düşünce ve motor kontrol ile ilişkilendirdiğimiz yüksek düzey işlevleri yürüten dallarla doludur.
Araştırmacıların incelediği, her nörona iki yönde aktif potansiyeller gönderip sinyallerini ölçmek için somatodendritik yama keIepçesi denilen bir cihaza takılan hücreler de bu katmanlardaki dokulardan alınmıştır. Larkum “Dendritik aksiyonu ilk defa gördüğümüzde bir ‘e√reka’ anı yaşanmıştı,” diyor.
Sonuçların sadece epilepsisi olan insanlara özgü olmadığından emin olmak için beyin tümörlerinden alınan bir avuç örnekle sonuçları tekrar kontrol ettiler. Araştırma ekibi, farelerde aynı sonuca ulaşsa da insan hücrelerinde gözlemledikleri sinyal tūrIeri oldukça farklıydı. Daha da önemlisi, hücrelere tetrodotoksin adı verilen sodyum kanalı engeIIeyici bir madde verdiklerinde sinyalin hala orada olduğunu gördüler.
Ancak kalsiyum geçişini engeIIediklerinde her şey durdu. Kalsiyum tarafından kontrol edilen bir aksiyon potansiyeli bulmak yeteri kadar ilginçti. Ancak bu yeni, hassas sinyali kortekste test etmek, başka bir sürprizi ortaya çıkardı. VE (AND) ile VEYA (OR) tipi mantıksal işlevlere ek olarak bu bireysel nöronlar, ‘özel’ VEYA (XOR) kesişimleri olarak hareket edebilir ve sadece başka bir sinyal belirli bir şekilde derecelendirildiğinde bir sinyale izin verebilir.
Araştırmacılar “Normalde, XOR işleminin bir ağ çözümü gerektirdiği düşünülüyordu,” dedi.
DCaAP’lerin tüm nöronlarda ve canIı bir sistemde nasıl hareket ettiğini görmek için daha fazla çalışmaya ihtiyaç var ki daha bunun sadece insana özgü olup olmadığı ya da hayvanlar aleminde de benzer mekanizmaların gelişip gelişmediği bilinmiyor.
Teknoloji de daha iyi donanımların nasıl geliştirileceği konusunda ilham almak için sinir sistemimizden yararlanıyor; bireysel hücrelerimizin birkaç numarası daha olduğunu bilmek ağ transistorlarının da yeni yolları olabileceğini ortaya koyar. Tek bir hücreye indirgenen bu yeni mantık aracının tam olarak nasıl daha yüksek işIevlere dönüştüğü gelecekteki araştırmacıların cevaplaması gereken bir sorudur.
Bu araştırma Science dergisinde yayınlandı.
Zehra Güzelhan
