Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nde (MIT) çalışan nörologlar, yetişkin beyninde milyonlarca 'sessiz sinaps' bulunduğunu keşfetti. 

Şimdiye kadar, sessiz sinapsların sadece erken gelişim sırasında, beynin yeni bilgileri öğrenmesine yardımcı olduğuna inanılıyordu. Yeni MIT çalışması ise yetişkin farelerde, beyin korteksindeki tüm sinapsların yaklaşık yüzde 30'unun 'sessiz' özellikte olduğunu bulguladı.

Yetişkin beyni önemli anıları korurken, bir yandan da yazılacak yeni anılar için sessiz sinapsları elde bekletiyor

Yeni çalışmanın baş yazarı ve MIT yüksek lisans öğrencisi Dimitra Vardalaki, "Bu sessiz sinapslar yeni bağlantılar arıyor ve önemli yeni bilgiler sunulduğunda, ilgili nöronlar arasındaki bağlantılar güçlendiriliyor. Bu, beynin, olgunlaşmış sinapslarda depolanan ve değiştirilmesi daha zor olan önemli anıların üzerine yazmadan yeni anılar yaratmasını sağlıyor" dedi.

Araştırma, nöronların anten benzeri uzantıları olarak ‘dendritik’lerin, konumlarına bağlı olarak sinaptik girdiyi farklı şekillerde işleyebildiklerini gösterdi. Dendritik dallardaki nörotransmitter reseptörlerini ölçmek üzere ‘eMAP’ denilen, bir doku örneğini fiziksel olarak genişletebilen ve böylece süper yüksek çözünürlüklü görüntüler elde eden bir teknik kullanıldı.

Bu görüntüleme yapılırken şaşırtıcı bir durumla karşılaşıldı. Nature Dergisi’nde yayınlanan makalenin kıdemli yazarı, beyin ve bilişsel bilimler doçenti Mark Harnett, her yerde ‘filopodia’ göreceklerini hiç beklemediklerini ancak çok tuhaf bir şekilde pek çok filopodia tespit ettiklerini kaydetti.

'Floodia' denilen küçük çıkıntılar özel bir teknikle ilk defa büyütüldü ve beyinde daha önce görülenden 10 kat daha fazla oldukları keşfedildi

Dendritlerden uzanan ince zar çıkıntıları olarak filopodia daha önce de görülmüştü, ancak sinirbilimciler tam olarak ne yaptıklarını bilmiyorlardı. Bunun nedeni filopodia'nın küçük olmasından ötürü geleneksel görüntüleme tekniklerini kullanılarak görüntülenmesinin zorluğuydu.

Bu gözlemi yaptıktan sonra, MIT ekibi eMAP tekniğini kullanarak yetişkin beyninin diğer bölgelerinde filopodia bulmaya çalışmak için yola çıktı. Şaşırtıcı bir şekilde, fare görsel korteksi ve beynin diğer bölümlerinde filopodia'nın daha önce görülenden 10 kat daha yüksek bir seviyede olduğunu fark ettiler.

Filopodia'nın iki reseptöre değil, sadece bir reseptöre sahip olduğu ve bunun da bazı sinapsları sessizleştirdiği bulundu

Ayrıca, filopodia'nın NMDA reseptörleri adı verilen nörotransmitter reseptörlerine sahip olduğu, ancak AMPA reseptörlerine sahip olmadığı bulgulandı.

Genel olarak aktif bir sinaps, nörotransmitter glutamatı bağlayan bu tip reseptörlerin her ikisine de sahiptir. NMDA reseptörleri normalde sinyalleri iletmek için AMPA reseptörleriyle iş birliği yapar, çünkü NMDA reseptörleri nöronların normal dinlenme fazlarında magnezyum iyonları tarafından bloke edilir. AMPA reseptörleri mevcut olmadığında ise, sadece NMDA reseptörlerine sahip sinapslar elektrik akımı boyunca geçemez ve "sessiz" olarak adlandırılır.

'Olgun neokortekste filopodia, sessiz sinapslar için yapısal bir temel olma görevi görür'

‘Olgun neokortekste filopodia, sessiz sinapslar için yapısal bir temel olma görevi görür’ başlıklı araştırma makalesinde, filopodia'nın beyindeki sessiz sinapsları temsil ettiği teorisine güçlü bir destek sunuldu.

Glutamat salınımını nörondan gelen bir elektrik akımıyla birleştirerek sessiz sinapslar aktif sinapslara dönüştürülebildi

Araştırmacılar ayrıca, glutamat salınımını nörondan gelen bir elektrik akımıyla birleştirerek bu sinapsların aktif hale getirilebileceğini gösterdi. Buna göre, kombine stimülasyon yapıldığında, sessiz sinapsta AMPA reseptörleri birikmeye başlar ve yakınındaki glutamat salgılayan ve [elektriksel uyarıları ileten] akson ile güçlü bir bağlantı kurar.

Araştırmacılar, sessiz sinapsları aktif sinapslara dönüştürmenin, olgun sinapsları değiştirmekten çok daha kolay olduğunu da buldu.

Harnett, "Bu makale, bildiğim kadarıyla, bir memeli beyninin gerçekte böyle çalıştığının ilk gerçek kanıtı" dedi ve ekledi: "Filopodia, bir bellek sisteminin hem esnek hem de sağlam olmasını sağlar. Yeni bilgiler edinmek için esnekliğe ihtiyacınız var, ancak önemli bilgileri korumak için de istikrara ihtiyacınız var."

'Sessiz sinapslar' insan beyin dokusunda da varsa, moleküler manipülasyonlarla yaşlandıkça esnek hafızayı geri kazanmak veya nörodejeneratif hastalıkların tedavisi mümkün olabilir

Araştırmacılar farelerden sonra şimdi insan beyin dokusundaki bu sessiz sinapsların kanıtlarını arıyor. Ayrıca, bu sinapsların sayısının veya işlevinin yaşlanma veya nörodejeneratif hastalık gibi faktörlerden etkilenip etkilenmediğini incelemeyi umuyorlar.

Harnett, "Filopodia'da yer alan moleküler oyunculardan bazılarını bulmayı ve yaşlandıkça esnek hafızayı geri kazanmak üzere bu şeylerin bazılarını manipüle etmeye çalışmanın’ hayal edebileceğini söyledi.
Kaynaklar: Science Daily - MIT - Nature