Beynin Derinliklerinde Gizli İletişim Sistemi Keşfedildi

Bilim insanları uzun süredir LC’nin bir hoparlör gibi davrandığını, beyne temelde aynı noradrenalin sinyalini gönderdiğini varsaymaktaydı. Ancak Natureda yayımlanan yeni bir çalışma bu anlayışı sorguluyor. Beyin görüntüleme, nöral aktivite kayıtları, genetik teknikler ve farelerde yürütülen davranışsal deneyler kullanan Allen Enstitüsü araştırmacıları, LC’nin birkaç ayrı yol üzerinden iletişim kurduğunu keşfetti. Tek bir genel mesaj yaymak yerine, sinyalleri belirli varış noktalarına ulaştırıyor ve farklı nöron grupları farklı deneyimlere yanıt veriyor.

Sinirli Mesajlar Göüren Gizli Bir Beyin Ağı

LC’nin üst (dorsal) kısmındaki nöronlar öncelikle kortekse ve ön beyne bağlanır. Bu arada, alt (ventral) kısımdaki hücreler sinyallerini çoğunlukla beyin sapına ve omuriliğe gönderir. Bu düzen, LC’nin farklı kısımlarının ayrı beyin işlevlerini etkilemesini sağlar.

“Bulgular, beyin noradrenalin sisteminin bir korna yerine, hedefe yönelik bir posta ağına daha çok benzediğini öne sürüyor,” dedi Allen Enstitüsü’nün Sinir Dinamikleri Direktörü ve çalışmanın ortak yazarı Karel Svoboda.

Keşif Neden Beyin Hastalıkları İçin Önemli Olabilir

Bu sinyal ağının nasıl organize edildiğini anlamak, sonunda belirli nörolojik ve ruh sağlığı durumlarının nasıl tedavi edildiğini değiştirebilir.

Noradrenalin, dikkat ve ruh halini düzenlemede merkez bir rol oynar ve bu nedenle depresyon, kaygı ve DEHB’yi tedavi etmek için kullanılan ilaçların önemli bir hedefi olur. LC’deki nöronlar ayrıca Alzheimer hastalığında bozulan en erken beyin hücreleri arasındadır, bu da yeni bulguların bu durumların anlaşılması ve tedavisinde sonuçları olabilir olduğunu gösteriyor.

Noradrenalin üzerinde etki yapan mevcut tedaviler, aynı anda birden fazla beyin devresini etkileyebilir, bazen bir bölgede faydalı etkiler üretirken başka yerlerde istenmeyen etkilere yol açabilir. LC’nin özelleşmiş yollarının daha net bir haritası, bilim insanlarının belirli belirtilere dahil olan devrelere daha seçici olarak etki yapan tedaviler geliştirmelerine yardımcı olabilir.

Araştırma, BRAIN Initiative® olarak da bilinen Ulusal Sağlık Enstitüleri’nin İnovatif Nöroteknolojileri İleri Seviyeye Taşıarak Beyin Araştırmaları® Girişimi’nin desteğini aldı.

Bilim İnsanları Öğrenmeye Dahil Beyin Hücrelerini Belirler

Araştırmacılar ayrıca farklı LC nöronlarının işlevleri arasında önemli bir ayrım ortaya çıkardılar.

Kortekse bağlanan dorsal LC hücreleri özellikle öğrenme sırasında aktif hale geldi. Fareler karar verme görevlerini yerine getirirken ve olumsuz bir sonucun ardından seçimlerini ayarlarken, bu nöronlar aktivitelerini artırdı.

Ventral LC’deki nöronlar farklı davrandı. Aktiviteleri, farelerin bir ödülün mevcut olabileceğini gösteren sinyalleri görmezden gelmeden kısa bir süre önce arttı. Bu da bu hücrelerin hayvanların çevrelerindeki fırsatlara yanıt verip vermeyeceklerini düzenlemeye yardımcı olduğunu gösteriyor.

“Ortaya çıkan net bir haritaydı: kortekse yukarıya sinyal gönderen dorsal LC’deki nöronlar öğrenmeye dahil olurken, beyin sapına ve omuriliğe aşağıya proyekte eden ventral bölgedeki nöronlar hayvanların çevreleriyle hiç etkileşime girip girmeyeceklerini yönetiyor,” dedi Svoboda. “Ayrıca bu anatomik farkların, ayrı gen ifadesi örüntüleriyle de yansıtıldığını gösterdik.”

Bu bulgular, iki grup arasındaki farkların sadece konumları ve bağlantılarıyla sınırlı olmadığını gösteriyor. Aynı zamanda özelleşmiş rollerini yansıtan ayrı gen aktivite örüntülerine de sahipler.

Araştırmacılar Rekor Kıran Bir Nöronu Keşfeder

Çalışma, fare beyinin kapsamlı bir incelemesini içerdi. Bilim insanları tam beyin görüntülemesi kullanarak neredeyse 35.000 nöronu inceledi, neredeyse 400.000 hücrenin genetik profillerini analiz etti ve birkaç son derece karmaşık sinir hücresinin tamamını yeniden inşa etti.

Bu çalışma sırasında, başka bir dikkat çeken bulguyla karşılaştılar: LC nöronları olağanüstü uzun aksonlara sahiptir. Bu proyeksiyonlar, sinir hücrelerinden diğer hücrelere sinyaller taşır ve bilginin sinir sistemi boyunca yol almasını sağlar.

Araştırmacılar, LC asonlarının ortalama yaklaşık 35 santimetre uzunluğunda olduğunu buldu. Özellikle dikkat çeken bir ason, yeniden yapılan toplam uzunluğu 70,32 santimetre ile farede ölçülen en uzun tek nöronlardan birinin parçasıydı.

“Bu nöron, çalıştığımız birçok nöron gibi, serebral korteksin çok büyük bir hacmine noradrenalin sağlıyor. Beyin için bu son derece olağanüstü. Çoğu nöron hedeflerinde daha özeldir,” dedi çalışmanın eş yazarı ve Allen Enstitüsü bilim insanı Jeremiah Cohen. “Ancak bu nöron noradrenalin her yerde salınmıyor. Serebellumu, beyin sapını ve omuriliği görmezden geliyor.”

Remarkable uzunluğa ve kapsamlı yayılıma sahip olsa da, nöron noradrenalini tüm beyne dağıtmıyor. Bunun yerine, bağlantıları seçici kalarak LC’nin dikkatle organize edilmiş sinyal yolları üzerinden çalıştığı bulgunu pekiştiriyor.

Beynin Öğrenme Şekline Yeni Bir Anlayış

Araştırmacılar ayrıca noradrenalin sistemi ile beynin dopamin sinyalleme sistemi arasında dikkat çek benzerlikler de belirledi.

Dopamin, alışkanlık biçimlendirmeyle ilişkili bir beyin bölgesi olan bazal ganglionlara sinyal gönderen başka bir büyük kimyasal mesajcıdır. Bilim insanları, dopamin ve noradrenalinin öğrenmeyi desteklemek için birlikte çalışabileceğini, bu say beyinin aynı anda birkaç karmaşık ve soyut kavramı edinmesini sağlayabileceğini düşünüyor.

Bulmalar fare deneylerinden gelmekle birlikte, sonunda bilim insanlarına insan beyin işlevini daha iyi anlamalarına ve tüm sinyal sistemlerini etkilemek yerine belirli nöral devrelere yönelik tedaviler tasarlamalarına yardımcı olabilir.