Dendritler: Sinirbilimsel Devrimin Başlangıcı

Ocak 29, 2020
Yeni araştırmalara göre dendritler pasif iletken olmaktan çok daha fazlasına sahipler. Dendritler kendilerine öz elektrik sinyalleri oluştururlar. İşte bu bilgi, yepyeni bir sinirbilimsel devrimini başlangıç noktası olabilir.

Yıllar boyu, sinirbilim birbirinden farklı araçlarla nöronların arasındaki konuşmaları ‘dinlemeye’ uğraştı. Adeta bir dilbilimcinin uzaylı bir dili deşifre etme çabası gibi, bilim insanları da nöronal ateşleme dizilimlerinin şifresini çözmeyi denediler. İşte tam bu noktada, dendritler sinirbilim için muazzam önemli bir rol elde ettiler.

Son araştırmalara göre, sinirbilim ancak beyin kapasitesinin su üstünde kalan kısmını incelemiş durumda. UCLA, dendritler arasında gözlerden saklı bir sinirsel iletişim olduğunu keşfetti. Bu, beynin kapasitesinin daha önce inanılandan 100 kat daha fazla olduğu anlamına geliyor.

Bu keşif, geleneksel sinirbilimi kökten değiştirebilecek bir değişimdir. Birkaç ay öncesine kadar sinirbilim, dendritlerin pasif bağlar olduğu inancı üstüne kurulmuştu. Bilim insanları dendritlerin yalnızca, elektrik sinyallerini soma diye adlandırılan hücre gövdesine taşıdığına inanıyorlardı. Fakat bu araştırma dendritlerin pasif iletkenler olmaktan çok daha fazla bir role sahip olduğunu gösterdi. Dendritler en yüksek anında normal bir nörondan beş kat daha sık ve büyük elektrik sinyalleri üretirler.

beyin ve nöronlar görseli

Peki, bu keşif ne anlama geliyor?

Her şey bir yana, öğrenme fiilinin kendisi somada değil dendritlerde oluyor olabilir.

Geleneksel sinirbilim, kavramsal kabiliyetlerin hücre gövdelerinden çıkan elektrik sinyalleri tarafından oluşturulduğunu savundular. Fakat artık dendritlerin pasif bir işlevleri olmadığını biliyoruz. Hatta kendi elektrik sinyallerini ürettikleri bilgisi artık bir gerçek olmuş durumda.

Araştırmacılar aynı zamanda dendritlerin zeki olduklarını da keşfettiler. Biraz daha açıklamak gerekirse, dendritler elektrik sinyallerini zamanla koşula göre adapte edebilirler. Bu zamana kadar bilim insanları böyle bir esnekliği ancak nöronal vücutlarda gözlemlemişlerdi. Bu, dendritlerin kendi başlarına öğrenebilecekleri fikrini destekliyor.

Dendritler hücre gövdelerinden çok daha aktif olduklarına göre, artık nöronlarda oluşturulan bilginin büyük bir kısmının dendrit seviyesinde olduğu şüphesine varabiliriz. Yani, dendritler bir hesaplama birimi olarak çalışıp bilgiyi işleyebilirler. Bu daha önce farkında olmadığımız bir özgürlük.

“Bu sanki bilgisayarınızın merkez işlemcisine giden kabloların da bilgi işleyebildiğini keşfetmek gibi – düpedüz tuhaf ve tartışmaya açık.”

– Dr. Mayank R. Mehta

Beynin kapasitesi

Dr. Mayank R. Mehta’nın araştırma takımı, elektrotları fare dendritlerinin yanına yerleştirebilecekleri bir sistem tasarladılar. Bu sistem onlara, hayvan uyanıkken ve günlük aktivitelerini yerine getirirken veya uyurken, elektrik sinyallerini yakalama yetisini kazandırdı. Birbirini takip eden dört gün boyunca dendritler arasındaki elektrik aktivitesini dinleyebildiler.

Bilim insanları elektrotları kafatası yan kemiğinin arka kısmına yerleştirdiler. Hayvanlar uyurken, elektrik sinyallerinin düzensiz dalgalara benzediği sonucuna vardılar. Her dalgada bir zirve noktası tespit ettiler.

Bir başka deyişle, fareler uyurken dendritler iletişim kurdular. Dendritler bunu hücre gövdelerinden beş katı hızdaki elektrik titreşimleriyle yaptılar. Fareler uyanıkken, bu ateşleme dizilimlerin on katına kadar hızlandığı gözlemlendi.

beyin görseli

Dendritler ve Güncel Durum

Araştırmacıların bu araştırma sırasında bulduğu başka bir şok edici keşif de, dendritlerin ürettikleri elektrik sinyallerinin türüyle ilgili. Dendritlerin elektrik sinyalleri dijital olabilir ama aynı zamanda neredeyse omuriliğinin iki katı büyüklüğünde dalgalanmalar da gösterdiler. Bu demek oluyor ki, dendritler analog hesaplama faaliyetleri de gösteriyorlar. Bu, bilim insanlarının daha önce herhangi bir sinirsel faaliyet diziliminde görmedikleri bir şeydi.

Bu tip bir dendrit yayımının hesapladığı şey, zaman ve mekanla alakalı gibi gözüküyor. Labirente koyulmuş fareleri inceleyen araştırmacılar iki farklı tür sinyali ayırt etmeyi başardılar. Bunlardan ilki hücre gövdesinden gelen, hareket bekleyen anlık bir yükseliştir. Bu durum, fare tam bir köşeyi dönmeden önce nükseder. Bunun yanında, dendritlerin elektrik sinyali yayması, tam hayvan köşeyi dönerken olur.

Görünen o ki sinirbilim, beynimizin bilgisayımsal yeteneklerini biraz küçümsüyordu. Dendritler somadan yüz kat büyük olduğuna göre, beynimizin işleme kapasitesinin yüz kat daha büyük olduğunu kabul etmek çok da yanlış olmaz. Görünen o ki artık nöronlar beynimizin en temel bilgisayımsal birimleri değiller.

Moore, J. J., Ravassard, P., Ho, D., Acharya, L., Kees, A., Vuong, C., & Mehta, M. R. (2016). Dynamics of Cortical Dendritic Membrane Potential and Spikes in Freely Behaving Rats. bioRxiv. https://doi.org/10.1101/096941