Nöronlar karmaşıktır fakat temel işlevsel kavrama göre sinapsler dendritlere ve hücre gövdesine elektrik sinyalleri gönderirler ve aksonlar bu sinyalleri taşırlar. Şaşırtıcı araştırmalardan birinde Northwestern Üniversitesi bilimadamları aksonların tersten de çalışabildiğini keşfeti: hücre gövdesine de sinyal gönderebilirler.
Öyle görünüyor ki aksonlar birbirleriyle konuşabiliyorlar[2]. Geriye doğru sinal göndermeden önce aksonlar hücre gövdesi veya dendritler dahil olmadan kendi sinirsel hesaplamalarını kendileri yürütebiliyorlar. Bu bir nöronun aksonunun başka bir nöronun aksonu değil de dendriti veya hücre gövdesiyle iletişimde olduğunu belirten tipik sinirsel iletişime ters. Ve dendritlerdeki hesaplamaların tersine aksonlardaki hesaplamalar binlerce kat daha yavaş olan potansiyel olarak hızlı şeylerin dendritlerde ve yavaş şeylerin aksonlarda hesaplandığı bir yol yaratıyor.
Normal bir nöronun nasıl çalıştığını anlamak epilepsi, otizm, Alzheimer’s ve şizofreni gibi hastalıkları araştıran bilim adamları için hayati önem taşıyor. Sonuçlar Nature Neuroscience Journal’in Şubat sayısında yayımlandı.
“Nöronların çalışmasıyla ilgili sinirbilimi ders kitaplarında bulduğunuz bilgiye ters düşen birkaç temel şey keşfettik” dedi Nelson Spruston, araştırmanın baş yazarı ve Weinberg College of Arts and Sciences’da nörobiyoloji ve fizyoloji profesörü. “Normali tam tersiyken sinyaller aksonun bitişinden hücre gövdesine doğru hareket edebilir. Bunu görmek bizi hayrete düşürmüştü.”
Kendisi ve meslektaşları ilk olarak hücre gövdesindek, veya dendritlerdeki elektriksel uyarımların yokluğunda bireysel sinir hücrelerinin de sinyal gönderebildiğini keşfettiler. Bu her zaman uyarıcı içeri, anında aksiyon potansiyeli dışarı şeklinde değildir (Aksiyon potansiyeli[3], hücre zarının voltajındaki kısa elektriksel değişimlerdir, sinir hücreleri tarafından kullanılan temel elektrik sinyal elementleridir). Çalışan hafızamıza benzer olarak daha sonar kullanmak üzere bir telefon numarası hatırladığımızda, sinir hücresi uyaranları onlarca saniyeden dakikalara kadar uzun bir sure saklayıp toplayabilir. Araştırmacılar buna inatçı ateşleme diyorlar ve görünüşe gore bu tamamen aksonda meydana geliyor.
Spruston ve takımı her 10 saniyede bir uyaran sağlayarak bir nöronu bir iki dakika uyardılar. Nöron bu sürede ateşledi fakat uyarma bittiğinde nöron bir dakika daha ateşlemeye devam etti. “Bir nöronun uyarım olmadan ateşlemeye devam edebilmesi çok alışılmadık bir durum” dedi Spruston. “Bu yeni birşey – bir nöronun milisaniyelerden saniyeye kadar olan tipik işlem hızından daha uzun bir sürede bilgiyi alıp bütünleştirmesi”.
Bu eşsiz sinirsel işlev hafıza gibi normal süreçlerle ilgili olabilir fakat hastalıkla ilgili de olabilir. Bu engelleyici nöronların inatçı ateşlemesi beyindeki hiperaktif durumlara karşı koyabilir, mesela epileptik nöbetlerdeki kontrolden çıkmış uyarılma hali gibi. Spruston normal bireysel nöronlardaki inatçı ateşlenmenin keşfini laboratuarında çalışan Mark Sheffield isimli bir yüksek lisans öğrencisinin akıllı gözlemlerine bağlıyor. Sheffield makalenin ilk yazarı.
Araştırmacılar diğerlerinin de nöronlardaki bu inatçı ateşlemeyi gördüğünü fakat sinyal kaydıyla ilgili birşeylerin ters gitmiş olduğunu düşünerek onu düşünmediklerini tahmin ediyorlar. Sheffield çalıştığı nöronların ilk ateşlemesini gördüğünde durana kadar onu bekledi. Daha sonra nöronu bir süre daha uyardı, uyarmayı durdurdu ve sonra nöron ateşlerken izlemeye devam etti.
“Bu hücresel hafıza bir yenilik” dedi Spruston. “Nöron olan şeyin bir dakika veya daha öncesinde olan geçmişine tepki veriyor”. Spruston ve Sheffield hücresel hafızanın aksonda saklandığını ve aksiyon potansiyelimnin aksonun beklediklerinden daha aşağısında meydana geldiğini buldular. Hücre gövdesine yakın olmak yerine aksonun sonuna doğru daha aşağıda meydana geliyordu.
Onların bireysel nöron çalışmaları (farede hipokampüsten neokortkse kadar) belki de daha büyük sürpriz yaratan çoklu nöronlarla deneylere yönlendirdi. Araştırmacılar bir aksonun diğeriyle konuşabildiğini ortaya çıkardılar. Bir nöronu uyardılar ve diğer uyarılmayan nöronlardaki inatçı ateşlemeyi saptadılar. Bu iletişimde hiçbir dendrit veya hücre gövdesi dahil değildi.
“Aksonlar birbiriyle konuşuyorlar fakat bunun nasıl işlediği tam bir bilinmezlik” dedi Spruston. “Bir sonraki büyük soru: bu davranış ne kadar geniş? Bu bir acayiplik mi yoksa birçok nöronda oluyor mu? Onun nadir olduğunu düşünmüyoruz, yani onun hangi koşullarda meydana geldiği ve nasıl olduğu bizim için önemli”.
Spruston ve Sheffield’e ek olarak makalenin diğer yazarları Northwestern’den Tyler K. Best ve William L. Kath ve Harvard Tıp Fakültesinden Brett D.
Çeviri: Hasan Arslan
[1] Orjinal Makale: Nöronların Nasıl İşlediğine Dair Geleneksel Görüşe Meydan Okundu: Aksonlar Geriye Doğru da Çalışabilir[1] Science Daily (19 Şubat, 2011)
http://www.sciencedaily.com/releases/2011/02/110217171344.htm
[2] Nöronların haberleşmesiyle ilgili flash simulasyon içinhttp://outreach.mcb.harvard.edu/animations/synaptic.swf
[3] Aksiyon potansiyeliyle ilgili flash simulasyon içinhttp://outreach.mcb.harvard.edu/animations/actionpotential.swf
