Bilim insanları, insan beyninde daha önce görülmeyen benzersiz bir hücre mesajlaşma şekli keşfettiler. Yapılan bu keşif beynimizin fark ettiğimizden daha güçlü hesaplama birimleri olabileceği fikrini ortaya atıyor.
Almanya ve Yunanistan’daki enstitülerden araştırmacılar beynin dış kortikal hücrelerinde tek başına yeni bir ‘’dereceli’’ sinyal üretebilen tek başına nöronlara mantıksal işlevlerini yerine getirmek için başka bir yol sağlayabilecek yeni bir ‘dereceli’ sinyal üreten bir mekanizma olduğunu fark ettiler.
Epilepsi hastalarının beyinlerinden ameliyat sırasında çıkarılan doku kesitlerindeki elektriksel aktiviteyi ölçerek ve floresan mikroskop kullanarak yapılarını analiz ederek nörologlar, korteksteki bireysel hücrelerin ateşleme yapmak için yalnızca alışılagelmiş sodyum iyonlarını değil ayrıca kalsiyum da kullandıklarını fark ettiler.
Pozitif yüklü iyonların bu kombinasyonu, daha önce hiç görülmemiş olan, kalsiyum aracılı dendritik aksiyon potansiyelleri veya dCaAP’ler olarak adlandırılan voltaj dalgalarını başlattı.
Beyinin Anlaşılması
Beyinler (özellikle insan beyinleri) bilgisayarla sıklıkla karşılaştırılırlar. Tabi ki bu karşılaştırmanın sınırları vardır ancak bazı seviyelerde görevleri benzer şekillerde yaparlar.
Her ikisi de çeşitli işlemleri gerçekleştirmek için bir elektrik voltajının gücünü kullanır. Bu kullanım bilgisayarlarda, transistör adı verilen kavşaklarda oldukça basit bir elektron akışı şeklinde olur.
Nöronlarda sinyal, sodyum, klorür ve potasyum gibi yüklü parçacıkları değiştiren bir açma ve kapama kanalları dalgası şeklindedir. Akan iyonların bu nabzına aksiyon potansiyeli denir. Transistörler yerine nöronlar bu mesajları dendrit adı verilen dalların sonunda kimyasal olarak yönetirler.
Humboldt Üniversitesi’nden Nörolog Matthew Larkum, Walter Beckwith’e Amerikan Bilim Gelişimi Derneği’nde dentridler tek nöronların hesaplama gücünü belirleyen şeyin merkezinde olduklarından beyinin anlaşılması konusunda merkezi bir konumda olduklarını söyledi.
Dentridler sinir sistemimizin trafik ışıkları diyebiliriz. Eğer bir aksiyon potansiyeli yeterince önemliyse mesajı engelleyecek veya geçmesine izin verecek olan sinirlere gönderilir.
Beynimizin mantıksal temeli şöyledir; toplu olarak iki şekilde iletilebilen voltaj dalgalanmaları: ya bir AND mesajı (x ve y tetiklenirse, mesaj iletilir); veya bir OR mesajı (x veya y tetiklenirse, mesaj iletilir).
Tartışmasız, bu hiçbir yerde insan merkezi sinir sisteminin yoğun, buruşuk dış kısmı olan serebral korteksten daha karmaşık değildir. Daha derin ikinci ve üçüncü katmanlar özellikle kalın, sansasyon, düşünce ve motor kontrolü ilişkilendirdiğimiz yüksek dereceli işlevleri yerine getiren dallarla doludur.
Araştırmacıların incelediği dokular, sinyallerini kaydederek her bir nöronu yukarı ve aşağı aktif potansiyeller göndermek için somatodendritik yama kelepçesi adı verilen bir cihaza bağlayan bu katmanlardan gelen dokulardı.
Deney
Larkum, “Dendritik aksiyon potansiyellerini ilk gördüğümüzde bir ‘evreka’ anı yaşandı.” Diyor
Herhangi bir keşfin epilepsili insanlara özgü olmadığından emin olmak için, beyin tümörlerinden alınan bir avuç örnekte sonuçlarını iki kez kontrol ettiler.
Ekip fareler üzerinde de benzer deneyler gerçekleştirmişti ancak insan hücrelerinde gözlemledikleri sinyal türleri çok farklıydı. Daha da önemlisi, hücrelere tetrodotoksin adı verilen bir sodyum kanalı blokeri ile doz uyguladıklarında da bir sinyal buldular. Sadece kalsiyumu bloke ettiklerinde sinyal durdu.
Kalsiyumun aracılık ettiği aksiyon potansiyeli bulmak yeterince ilginç. Ancak bu hassas yeni sinyalin kortekste çalışma şeklini modellemek bir sürpriz niteliğinde. Mantıksal AND ve OR tipi fonksiyonlara ek olarak, bu bireysel nöronlar, sadece belirli bir şekilde başka bir sinyal derecelendirildiğinde bir sinyale izin veren ‘münhasır’ OR (XOR) kavşakları olarak işlev görebilirler.
Araştırmacılar, “Bİlindiği üzere XOR operasyonunun bir ağ çözümü gerektirdiği düşünülüyordu’’ şeklinde yazdılar.
DCaAP’lerin tüm nöronlar arasında ve yaşayan bir sistemde nasıl davrandıklarını görmek için daha fazla çalışma yapılması gerekmektedir. Bunun insani bir şey olup olmadığını veya hayvan krallığının başka bir yerinde benzer mekanizmaların gelişip gelişmediğinden bahsetmiyoruz bile.
Teknoloji aynı zamanda daha iyi donanım geliştirme konusunda ilham almak için kendi sinir sistemimizi de arıyor; kendi hücrelerimizin birkaç hilesi daha olduğunu bilmek, transistör ağları için yeni yollara yol açabilir.
Tam olarak, tek bir sinir hücresine sıkıştırılan bu yeni mantık aracının nasıl daha yüksek fonksiyonlara dönüştüğü, gelecekteki araştırmacılar tarafından cevaplanmayı bekleyen bir soru.
Bu araştırma ‘‘Science’’ dergisinde yayınlanmıştır.
Bunlar da ilginizi çekebilir:
- İnsan Beyni Hakkında Şimdiye Kadar Duymadığınız 4 Harika Gerçek!
- İnsan Beyni Dokunma Hissini Vücudun Ötesinde Bile Bulabilir
Çeviri: Hacer Sezgin
