Deneyimler beyindeki sinaps bağlantılarını yeniden şekillendiriyor

Yaşadıklarımız ve içinde bulunduğumuz ortam, beyin hücreleri arasındaki bağlantıları beyin genelinde değiştiriyor olabilir. Edinburgh Üniversitesi liderliğindeki bir araştırma ekibi, milyarlarca tekil bağlantıyı haritalayabilen yeni bir teknolojiyle bu değişimi fare beyninde ayrıntılı biçimde izledi. Çalışma Nature Communications dergisinde yayımlandı.

Sinapslar tek tip değil

Sinapslar, sinir hücrelerinin birbiriyle iletişim kurduğu bağlantı noktaları. Bilim insanları deneyimin beyni değiştirdiğini uzun zamandır biliyor: öğrenme ve duyusal girdiler hücreler arasındaki iletişimin gücünü etkileyebiliyor, sinapslar oluşabiliyor, kaybolabiliyor ya da yapı değiştirebiliyor. Ancak önceki çalışmaların çoğu, belirli bölgelerdeki görece az sayıda sinapsa odaklandığı için beynin bütününe dair sınırlı bir tablo sunuyordu.

Ekip bu sınırı aşmak için sinaptom haritalaması adı verilen yöntemi kullandı. Yöntem, yüksek çözünürlüklü mikroskopiyi otomatik görüntü analiziyle birleştiriyor ve fare beyninin tamamında sinaps popülasyonlarını karşılaştırmaya imkân tanıyor. Çalışmada Cardiff Üniversitesi ve Strathclyde Üniversitesi'nden bilim insanları da yer aldı.

Zenginleştirilmiş ortamda ne oldu?

Araştırmacılar, koşu tekerlekleri, sürekli değişen labirentler ve daha fazla sosyal etkileşim fırsatı içeren zenginleştirilmiş ortamlarda tutulan fareleri inceledi. Bu koşullar hem gelişim döneminde hem de yetişkinlikte uygulandı. Sonuçta birçok beyin bölgesinde farklı sinaps gruplarının değiştiği görüldü.

Dikkat çeken nokta, değişimin tek yönlü olmamasıydı. Farklı sinaps türleri çevresel etkilere farklı yanıt verdi: bazılarının sayısı arttı, bazılarınınki azaldı, bazıları ise hiç değişmedi. Buna karşın beyindeki toplam sinaps yoğunluğu artmadı. Araştırmacılara göre bu durum, beyindeki değişimlerde bağlantıların sayısından çok niteliğinin ve türünün belirleyici olduğuna işaret ediyor.

Tek gözün kapatılması sadece görmeyi etkilemedi

Duyusal değişimlerin etkisini görmek için ekip, bir gözü bir hafta boyunca kapalı tutulan fareleri de inceledi. Tek gözdeki görüşün değişmesi, yalnızca görmeyle ilişkili beyin bölgelerinde değil; diğer duyularla ve belleği ilgilendiren alanlarda da sinaps değişikliklerine yol açtı. Uzmanlara göre bu, tek bir duyusal deneyimdeki değişikliğin beyinde yaygın moleküler uyumlara neden olabildiğini ve beyin işlevlerinin karmaşık biçimde birbirine bağlı olduğunu gösteriyor.

Araştırmacılar ne diyor?

Çalışmanın ilk yazarı Dr. Hanan Woods, duyusal ve çevresel deneyimlerin sinapsların moleküler manzarasını beyin boyunca yeniden şekillendirdiğini söyledi. Woods'a göre bu çeşitlilik ve uyum kapasitesi, beynin yaşam boyu hastalıklar karşısındaki direncini ve kırılganlığını anlamak için önemli bir temel olabilir.

Moleküler nörobilim profesörü Seth Grant ise bulguların gelişim ve eğitim açısından da soru doğurduğunu belirtti. Duyusal, fiziksel, sosyal ve öğrenmeye dayalı deneyimlerin farklı kombinasyonlarının beynin moleküler mimarisini nasıl biçimlendirdiği merak konusu. Grant, çalışmanın çevremizin, sosyal ilişkilerimizin ve uzun süreli telefon ya da tablet kullanımı gibi alışkanlıkların beyni nasıl değiştirdiğine dair gelecekteki sorular için zemin hazırladığını ifade etti.

Neden önemli?

Sinaps değişimlerinin daha önce uykusuzluk, beyin hasarı ve otizm ile şizofreni gibi bozukluklarla ilişkili genetik varyantlarla bağlantılı olduğu biliniyordu. Araştırma ekibi, sinaps popülasyonlarındaki değişimin beynin hem kalıtsal hem de çevresel etkilere uyum sağlamasında ortak bir mekanizma olabileceğini öne sürüyor. Bu durum, bazı olayların beynin uyum kazanmasına yardımcı olurken bazılarının işlev bozukluğuna katkıda bulunmasının nedenini anlamaya da kapı aralayabilir.

Uzun vadede bu tür haritalar, çevresel ya da genetik etkenlerle ya da yaralanmayla bozulmuş sinaps popülasyonlarını değiştirmeye yönelik müdahalelerin hedeflerini belirlemekte işe yarayabilir. Ancak bunun şimdilik bir olasılık olduğunu vurgulamak gerekiyor; çalışma fareler üzerinde yapıldı ve doğrudan bir tedavi önermiyor.

Arka plan

Beynin deneyimle değişme yeteneğine nörobilimde plastisite deniyor. Bu kavram uzun süredir öğrenme, bellek ve iyileşme süreçlerini açıklamak için kullanılıyor. Farelerle yapılan zenginleştirilmiş ortam deneyleri de bu alanda yaygın bir yaklaşım; hayvanlara hareket, keşif ve sosyal temas imkânı sunularak beyin üzerindeki etkiler inceleniyor.

Yeni çalışmanın farkı, bakışı belirli birkaç bölgeden tüm beyne taşıması ve sinapsları tek bir yığın olarak değil, farklı türlere ayrılmış popülasyonlar olarak ele almasıydı. Fare bulgularının insan beynine doğrudan uyarlanması için ek araştırmalara ihtiyaç var; yine de bulgular, beyin sağlığının yalnızca bağlantı sayısıyla değil, bağlantı çeşitliliğinin dengesiyle de ilgili olabileceğini düşündürüyor.