Beynin İnce Kablolarının Şekli Yüz Yıla Kadar Yanlış Çizilmiş Olabilir

Beyin hücrelerinin sinyal ileten uzantılarının, klasik çizimlerdeki düz ve dar borular yerine aslında küçük inciler dizisi gibi tekrarlayan şişkinliklerle örülü olabileceği, Johns Hopkins Tıp Fakültesi’nden araştırmacıların 2024 yılının Aralık ayında yayımladığı bir çalışmayla gündeme geldi. Fare nöronlarında yapılan incelemeler, nöroloji ders kitaplarında yüzyıllardır yer alan bu temel yapıyı yeniden sorgulatırken, aynı incili görünümün insan beyni dokusunda da tespit edilmesi, bilimin bu alandaki anlayışına yeni bir boyut katıyor.

Uzantılarda görülen bu tekrarlayan şişkinliklerin yalnızca süsleyici bir detay değil, elektriksel mesajların nasıl aktarıldığına da etki eden bir yapı olduğu öne sürüldü. Araştırmacılar, nöronların bu sinyal taşıyıcı uzantılarının fiziksel biçiminin, beynin iletişim sistemini nasıl düzenlediğine dair uzun süredir kabul görmüş resmin eksik bir parçası olabileceğini belirtti.

İnci Gibi Görünen Kablolar

Nöronlar, beyindeki elektriksel mesajların bir hücreden diğerine iletilmesini sağlayan hücrelerdir. Bu hücrelerin uzun uzantıları olan aksonlar, sinyalleri hedef hücrelere ulaştıran yapılar olarak bilinir. Geleneksel çizimlerde aksonlar, nörotransmitter adı verilen kimyasal maddelerin depolandığı nadir şişkinliklerle kesilen nispeten düzgün ve tek tip bir boru şeklinde gösterilir.

İncili görünümlü aksonlar kendileri yeni bir bulgu değildir. Bilim insanları uzun yıllardır ölüyor olan nöronlarda ve Parkinson hastalığı gibi nörodejeneratif durumlarda belirgin şişkinlikler gözlemlemiştir. Bu bağlamda incileşme, hücre zarının ve aksonun yapısını koruyan iç iskeletin hasar görmesiyle birlikte ortaya çıkar.

Bu noktada Johns Hopkins çalışmasının dikkat çeken yanı, aksonların normal yapısını korumaya yönelik koşullarda incelenmesinde görülen çok daha küçük ve tekrarlayan şişkinliklerin varlığıydı. Araştırmacılar bu bölgeleri “sinaptik olmayan şişkinlikler” olarak adlandırdı. İletişim noktalarıyla ilişkilendirilen klasik şişkinliklerden farklı olarak, bu şişkinlikler sinaps değildi.

Aksonların yapısını anlamak, nöron hücrelerinin sinyal iletimini anlamak için önemlidir. Aksonlar, beyni birbirine bağlayan kablolar gibidir ve öğrenme, hafıza ve diğer işlevlerin gerçekleşmesini sağlar.

Shigeki Watanabe, Johns Hopkins Üniversitesi Tıp Fakültesi Hücre Biyolojisi ve Nörobilim Bölümü Yardımcı Profesörü

Çalışma, her incili görünen aksonun hasarlı olduğunu iddia etmedi. Bunun yerine, araştırdıkları aksonların normal anatomisinin bir parçası olabileceğini gösteren nanometre ölçeğinde bir incileşme biçimine işaret etti.

Yarasa Örteminden Bir İpucu

Bu merak, Watanabe’nin kurtlarda görülen aksonlar boyunca tekrarlayan incilerle ilgili gözlemlerinden başladı. İsviçreli bilim insanı Graham Knott ile bir görüşme, onu konuyu daha derinlemesine araştırmaya yöneltti. Olası bir açıklama, aksonun iç iskeleti olan proteinlerden oluşan destekleyici ağa dayanıyordu.

Bu iskeletin akson içindeki tekrarlayan bileşenler hakkında 2012 yılında Harvard Üniversitesi ekibi bir çalışmada raporlamıştı. Watanabe ve Knott, bu iskeletin bozulmasının incilerin kaybolmasına yol açıp yol açmayacağını merak etti. Johns Hopkins lisansüstü öğrencisi ve çalışmanın birinci yazarı Jacqueline Griswold bu fikri test etti. İncileşme sürdü.

Bu sonuç, araştırmacıların dikkatini aksonun fiziksel özelliklerine yöneltti. Watanabe ve Griswold, fiziksel biyofizikçi Padmini Rangamani ile bir araya geldi. Rangamani, Kaliforniya Üniversitesi San Diego Tıp Fakültesi’nde farmakoloji profesörüdür. Ekibin odak noktası, çevre zarının aksonun biçimini nasıl şekillendirdiğini anlamaya kaydı.

Dondurma Gizli Detayı Açığa Çıkarıyor

Bu beyin hücrelerinin uzantılarını incelemek, insan saçının çok daha dar yapıları görüntülemeyi gerektirir. Johns Hopkins, bu yapıların saçın genişliğinin yaklaşık 100 katı kadar küçük olduğunu belirtti. Araştırmacılar, ince yapılarını incelemeye elektron ışınlarıyla bakmadan önce, hassas biçimlerini korumak için yüksek basınçla dondurma elektron mikroskobu kullandı.

Kullanılan hazırlama yöntemi önem taşıyordu. Standart elektron mikroskobu, bilim insanlarının gözlemlemeye çalıştığı yapıları değiştirebilecek kimyasal sabitleme ve kurutma adımlarını içerir. Dondurma, orijinaline daha yakın bir biçimi koruma yolunu sunar.

Standart elektron mikroskobuyla nanometre ölçeğindeki yapıları görmek için dokuları sabitleyip kurutuyoruz, ancak onları dondurmak biçimlerini korur — üzümün kuru üzme dönüştürülüp kurutulması yerine üzümü dondurmak gibi.

Shigeki Watanabe

Ekip, laboratuvar ortamında yetiştirilen fare nöronlarını, yetişkin farelerden elde edilen nöronları ve fare embriyolarından alınan nöronları inceledi. Bu aksonlar miyelinli değildi, yani aksonu saran miyelin yalıtım katmanı bulunmuyordu. On binlerce doku görüntüsünde araştırmacılar aynı incili görünüme defalarca rastladı.

İncileşmeyi yalnızca dondurma örneğini basit bir biçimde ürettiğini göstermek için, canlı nöronların yüksek çözünürlüklü görüntülemesiyle de gözlemlediler. Watanabe, bu bulguların bir yüzyıldır süregelen akson yapısı anlayışına meydan okuduğunu belirtti.

Zar Fizikinin Aksonları Nasıl Şekillendirdiği

Bu desenin açıklamasını sunmak için araştırmacılar, aksonu saran zarın matematiksel modellerini oluşturdu. Nispeten basit mekanik modeller, incilerin önemli özelliklerini yeniden üretti ve sert bir iç kalıba ihtiyaç duymadan fiziksel kuvvetlerin biçimi belirleyebileceğini gösterdi.

Deneysel çalışmalar bu yorumu destekledi. Aksonların çevresindeki çözeltideki şeker yoğunluğunu artırmak, şişkin bölgeleri küçülttü. Modelde zar gerilimini artırmak da boyutlarını azalttı.

Kolesterol, zarın davranışını değiştirmenin başka bir yolunu sundu. Kolesterolu kaldırmak zarı daha az sert ve daha akıcı hale getirdi. Bu durum hem modellerde hem de fare nöronlarında incili yapıyı değiştirdi ve elektriksel sinyallemenin hızını düşürdü.

Aksonlardaki daha geniş alan, iyonların —kimyasal parçacıkların— daha hızlı geçmesini ve trafik sıkışıklığından kaçmasını sağlar.

Shigeki Watanabe

Yine de daha büyük incilerin her zaman daha hızlı sinyal anlamına gelmedi. Hem şişkinliklerin hem de onları dar bağlantı parçalarının boyutları önem taşıyordu.

Elektriksel Aktivite İncileri Değiştiriyor

Araştırmacılar ayrıca nöral aktivitenin aksonları yeniden biçimlendirebileceğini test etti. Yüksek frekanslı elektriksel uyarımdan sonra, inciler benzeri bölgeler ortalama olarak %8 daha uzun ve %17 daha geniş hale geldi ve büyüme en az 30 dakika sürdü.

Yayınlanan makale, bu uyarımdan sonra elektriksel sinyallerin yavaşladığını, etkisinin en az bir saat sürdüğünü bildiriyor. Kolesterol önceden kaldırılmış olduğunda bazı yapısal değişiklikler hâlâ gerçekleşti, ancak inciler tedavi görmemiş hücrelerdekinden daha küçük kaldı ve aynı belirgin yavaşlama tespit edilmedi.

Bu bulgular, aksonların yalnızca sabit kablolar olmadığını gösteriyor. Fiziksel yapıları aktiviteye yanıt verebiliyor ve mesajların üzerinden nasıl aktarıldığını ayarlamaya katkıda bulunabiliyor.

İnsan Dokusunda İncili Aksonlar

Orijinal bulgular 2024’te duyurulduğunda, ekip insan beyni dokusunda aksonal “kolçakları” incelemeyi planlıyordu. Bu dokular, beyin cerrahisi geçmekte olan kişilerden ve nörodejeneratif hastalıklarla ölmüş kişilerden izinle elde edilmişti.

İlgili bir çalışma daha sonra, epilepsi cerrahisi sırasında elde edilen insan kortikal dokuda incili aksonları bildirdi. Watanabe de dahil olmak üzere Chelsy R. Eddings ve meslektaşlarının liderliğinde yürütülen bu çalışma, 24 Kasım 2025’te çevrimiçi yayımlandı ve 4 Şubat 2026 tarihli sayısında yer aldı.

Araştırmacılar, fare ve insan beyni dilimlerinde minik zar değişikliklarını yakalamak için elektriksel uyarımı hızlı dondurmayla birleştirdi. İncili aksonların yanı sıra, nörotransmitter mesajlarını bıraktıktan sonra sinir uçlarının zarı hızlıca geri alması süreci olan ultra hızlı endositoz için de kanıt buldular.

Bu gözlemler kanıtı insan dokusuna uzatıyor, ancak her aksonun aynı biçimde olduğunu kanıtlamıyor. İncileşmenin insan beyninin her yerinde sinyallemeye aynı etkiyi gösterdiğini de göstermiyor. İnsan çalışması esas olarak sinapslardaki zar geri dönüşümünü araştırdı.

Akson Biçimini Kontrol Edeni Arayan Daha Geniş Arama

Akson yapısı ile işlevi arasındaki ilişki ayrıca, Watanabe ve Rangamani’ye 2024’te verilen Ulusal Ruh Sağlığı Enstitüsü Çoklu Sorumlu Araştırmacı hibe kapsamında da merkeze alındı. Proje, bir nöronun fiziksel özelliklerinin ve gelen sinyallerinin aksonunu nasıl etkilediğine dair hesaplamalı modelleri destekliyor, ardından fare dokusunda ve hücre kültürlerinde testler yürütüyor.

Ayrı araştırmalar, bu mikroskobik kablolamanın boyutlarını araştırmak için başka yolları da keşfediyor. 17 Temmuz 2026’da yayımlanan PLOS Biology çalışmasında, Edinburgh Üniversitesi araştırmacıları, akson çapı üzerindeki etkileri araştırmak için otomatik görüntüleme ile yaşayan zebra balığından 880 bileşiği taradı. Belirli kimyasal sinyal yollarını etkileyen bileşiklerin akson genişliğini artırabileceğini tespit ettikleri 33 ilk bulgu ortaya koydu. Bu çalışma incileşme çalışmalarının doğrudan bir tekrarı değildi, ancak akson boyutunun nasıl kontrol edildiğini araştırmak için başka bir araç sağlıyordu.

Johns Hopkins ekibi için kalıcı bir soru, işlevsel aksonlarda görülen yapı ile nörolojik hastalıklarla ilişkilendirilen hasarlı incileşme arasındaki ilişkidir. Bu ayrımı anlamak, araştırmacıların nöral kablolamadaki normal değişiklikleri sistemin çöküşünün işaretleriyle ayırt etmesine yardımcı olabilir.