Düşüncenin kökeni gliyal hücreler ne yaparlar?

Beynin neredeyse yüzde 90'ı nöronlardan değil; gliyal hücrelerden oluşmuştur. Andrew Koob, bu gözden kaçmış hücrelerin hayal gücünün bir kaynağı olabileceğini iddia ediyor...

Andrew Koob, Nörobilim üzerine olan Doktora ünvanını 2005'te Purdue Üniversitesi'nden aldı ve Dartmouth College, San Diego'daki California Üniversitesi ve Almanya'daki Münih Üniversitesi'nde araştırma görevleri üstlendi. Kendisi, beyindeki en bol hücre türü olan "Gliyal hücrelerin" amacını ve fonksiyonunu keşfeden "Düşüncenin Kökeni" kitabının da yazarıdır. 'Mind Matters' editörü Jonah Lehrer, Koob'la gliyanın neden yüzyıllar boyu göz ardı edildiğini ve gliya hücreleri üzerine olan yeni deneylerin zihnin bazı en gizemli durumlarına nasıl ışık tuttuğunu konuşuyor...

LEHRER: "Düşüncenin Kökeni" adlı yeni kitabınız, beyindeki hücrelerin neredeyse yüzde 90'ını oluşturan gliyal hücrelerin gücüyle alâkâlı. Gliyal hücreler ne yaparlar? Ve, kafamızın içinde neden onlardan bu kadar çok var?

KOOB: Bilim adamları ilk başta  bir şey yaptıklarını düşünmediler. Beyin bilim adamları son 20 yıla kadar nöronların birbirleriyle iletişim kurduklarını, düşüncelerimizi yansıttıklarını ve gliyanın bir evi ayakta tutan bir tür sıva ve harç olduğuna inandılar. Onlar, nöron iletişimi için temel yalıtkanlardı. Birkaç tür gliyal hücre vardır; fakat bilim adamları yakın bir zamanda kortekste bol olan "astrosit" adı verilen belirli türdeki gliyal hücreler üzerine odaklanmaya başladılar. İlginç şekilde, siz evrimsel merdivenden yukarı tırmanmaya başladıkça, insanda en çoğu ve en büyüğü olan korteksteki astrositler de büyüklükte ve sayıda artarlar. Bilim adamları astrositlerin kortekste birbirleriyle iletişim kurduklarını ve nöronlara bilgi gönderebildiklerini de keşfetmişlerdir. Bir de astrositler, beyindeki yetişkin kök hücredirler ve beyin aktivitesinin bölgelerine kan akışını denetlerler. Tüm bu önemli niteliklerden dolayı ve korteksin de daha ileri seviye düşünceden sorumlu olduğuna inanıldığından ötürü, bilim adamları astrositlerin düşünceye katkı sağlamış olması gerektiğini fark etmeye başlamışlardır.  

LEHRER: Gliya neden bu kadar uzun zamandır yoksayıldı?

KOOB: Bunu anlamak için, beyin bilimi tarihine  bir gezinti yapmalısınız. Gliya, 'nöron fikri' üzerine olan mücadelenin 200 yıldır kenar çubuğuydu. Birkaç önemli kısım şuydu: 18.nci yüzyılın sonlarında, bilim adamları kurbağaların omurgasındaki nöronun elektriksel niteliklerini keşfettiler. Nöronlar  hücre gövdesinden, beyinden omurganın içerisine ve dışına eklemli organlara ve bedene uzanan "aksonlar" adı verilen, üzerinde çalışılması kolay, uzun iplere sahiptirler. Benzer şekilde, duyu nöronları beyin nöronlarıyla bağlantılıdırlar. Bu, nöronlar görüşünün düşüncelerimizin kökeni olarak nerede kökleştiğidir. 19.ncı yüzyıl ortalarında  gliya henüz yeni keşfediliyordu ve bilim adamları gliyal hücrelerin sadece nöronları bir arada tuttuğunu anladılar (gliya, yunancada yapışkan demektir). Bir anlamda gülünç bulduğum şey; bilim adamlarının düşüncelerimiz ve kişiliğimizden sorumlu bir organ olan beynimizdeki sayısız hücreyi tesadüfen bulmuş olmalarıdır. Fakat, nöronlar üzerinde o kadar çok yoğunlaşmışlardı ki; yeni hücrenin değersiz olduğunun sonucuna vardılar. 19.ncu yüzyılın sonlarında beyindeki hücrelere daha etkili bakmak için renklendirme metodu geliştirildi. Santiago, İspanya'dan parlak zekalı bir araştırmacı olan Ramon y Cajal, beyin üzerinde çalışmayı nöronların bakış açısıyla üstlendi. "Nöron Doktrini" ne yönlendiren, bilgiyi nasıl işlemden geçirdikleri ve nasıl bağlantılı olduklarına yönelik olan planı titizlikle ayrıntılarıyla planladı ("Nöron Doktrini", nöronların düşüncelerimizden sorumlu olduklarını söyleyen bir düşüncedir). Bununla birlikte, Cajal'a gliyal hücreler zahmet veriyorlarmış gibi gözüktü. Çok sayıdaydılar ve açıkçası, tüm korteksin etrafında asılıydılar. Tam bu sırada, kendisi de bir bilim adamı olan erkek kardeşi Pedro, gliyal hücrelerin nöron elektriksel niteliklerini koruyan 'destek hücreler' oldukları teorisini geliştirdi. Cajal, erkek kardeşinin teorisini desteklemeye karar verdi. Ve, Nobel ödülünü kazandığı 1906 yılından beri de bu, bir dogma haline geldi.

LEHRER: Bilim adamlarını  gliyal hücrelerin rolünü yeniden düşündürmeye yönelten bazı ilk deneyleri anlatabilir misiniz? 

KOOB: Gliyal deneyleri 1960'lara kadar olmadı. Eğer nöronları petri kabına (bakteri üretme tabağına) koyarsanız, orada gliya olması gerektiğini ya da nöronların öleceğini tüm bilim adamları bilir. Daha sonra Harvard'dan Stephen W. Kuffler, bilinmeyen nedenlerle Pedro'nun yalıtım teorisini test etmeye karar verdi. Bu, beyindeki hücre sayımlarının gliyal hücrelerin beynin yaklaşık yüzde 90'ı olduğunu gözler önüne serdiğiyle neredeyse aynı zamandaydı (bu, beynimizin sadece yüzde 10'unu kullandığımız nörona dayalı fikrin nereden geldiğidir). Kuffler unutulmaz bir kişidir; bu çığır açan gliyal deneyleri gerçekleştirirken ne gariptir ki Harvard Nöro-biyoloji bölümünü kurmuştur. Her neyse, Kuffler astrositleri sülükten ve salamanderden aldı ve nöronlar uyarıldıktan sonra nöronlardan sızmasıyla bilinen bir şeyi, potasyumu ilave etti. Bunun Pedro'nun gliyal hücrelerin yalıtkan olduklarına dair olan teorisini teyit edeceğini düşündü. Bunun yerine keşfettiği şey, gliyal hücrelerin elektriksel potansiyelinin potasyuma yanıt vermesiydi. Kuffler ve onun çalışma arkadaşları, astrositlerin nöronlara çok benzer bir şekilde elektriksel potansiyeli ortaya koyduklarını  keşfetti. Onlar ayrıca kurbağa ve sülükte uzun zamandır düşüncenin kimyasal kopyası olduğuna inanılan  nöronal iyon değişimden astrositlerin etkilendiğini keşfettiler. Gliyal hücrelerin yanıt  verdiğinin ve nöro-transmitter'ları (ileticileri) salgıladığının keşfedildiği 80'li yılların sonları ve 90'lı yılların başları da dahil, o zamandan beri pek çok araştırmacı  gliyal hücrelerin nöronlarla olan iletişimci yeteneği üzerindeki deneyleri tamamladı.

LEHRER: Kalsiyum dalgaları neden önemlidir?  

KOOB: Kalsiyum dalgaları kısaca, astrositlerin kendileriyle nasıl iletişim kurduklarıdır. Astrositler gövdelerinden yayılan yüzlerce uzantıya sahiptirler.Mini ahtapota benzerler ve bu uzantıları kan damarlarıyla, diğer astrositlerle ve nöronal sinapslarla bağlarlar.  Astrositler uyarıldıklarında kalsiyum salgılanır, kalsiyum daha sonra uzantılarıyla diğer astrositlere seyahat eder. "Kalsiyum dalgaları" terimi, kalsiyum salgılanmasını; astrositler, astrositler ve nöronlar arasındaki değişimi tarif eder. Ann H. Cornell-Bell ve Steven Finkbeiner başta olmak üzere Yale'deki bilim adamları, kalsiyum dalgalarının bir astrositin uyarı noktasından orijinal astrositin büyüklüğünden yüzlerce katı büyük bir alandaki diğer astrositlere yayılabildiğini göstermiştir. Daha da fazlası, kalsiyum dalgaları nöronların ateşlenmesine de neden olabilir. Ve korteksteki kalsiyum dalgaları, bu tür iletişimin bazı düşünceleri işlemden geçirmeye olanak sağlayabileceği görüşüne varmaya yönlendirmektedir. Eğer bu ikna edici değilse, yakın bir zamanda THC'nin astrosit kalsiyum salgılanmasını ateşleyebilmesi gibi, bir molekülün de aynı reseptörleri uyardığı kanıtlanmıştır.  

LEHRER: Gliya ve onun kalsiyum dalgalarının yaratıcılıkta bir rol oynayabileceğini ileri sürüyorsunuz. Bunu açıklayabilir misiniz?

KOOB: Bu kanı rüyalardan, duyusal depivasyon (yoksunluk) ve hayal kurmadan geliyor. Duyularımıza nöronlar aracılığıyla olan bir girdi olmadan, böyle canlı düşüncelere nasıl sahip oluruz? Derin düşündüğümüzde, görünüşte çevremizdeki her şeyi nasıl durdururuz?  Bu teoride, nöronlar adalesel hareket ve dışsal duyularımıza bağlıdırlar. Astrositlerin bu bilgi için nöronları izlediğini biliyoruz. Benzer şekilde, nöronları ateşlemeyi tetikleyebilirler. Bundan dolayı astrositler, nöron davranışını ayarlarlar. Bu, astrositlerdeki kalsiyum dalgalarının düşünen zihnimizde olduğu manasına gelebilir. Astrositsiz işlemden geçirme nöronal aktivitesi, basit bir reflekstir; bundan daha karmaşık olanı astrosit işlemden geçirmeyi gerektirebilir. İnsanların bütün hayvanlardan daha çok ve en büyük astrositlere sahip olduğu faktörü, yaratıcılık ve hayal kurmayı yapabilmemiz de bu spekülasyona güven sağlamaktadır.Ayrıca, kalsiyum  rastgele salgılanır ve astrositlerden gelen uyarı olmadan, ufak patlaklardaki  iç bellekler 'şişlik' olarak adlandırılırlar. Bu rastgele olan şişlikler dalgalara yönlendirebilirler. Rüyalar görülürkenki olan ve duyusal deprivasyon deneyimi  esnasında görünüşteki rastgele  düşüncelerin astrositlerimizde dalgalar haline gelen kalsiyum şişliklerinin olabileceği muhtemeldir. Astrositlerin kortekste beyni işlemden geçirmeyle âlakâlı oldukları açıktır, fakat ana sorular düşüncelerimizin ve hayal gücümüzün nöronlarla birlikte çalışan astrositlerden mi, yoksa; düşüncelerimizin ve hayal gücümüzün sadece astrositlerin alanından mı çıktığıdır. Belki de, nöronların rolü astrositlere destek olmaktır!

Çeviren: Esin Tezer

http://www.scientificamerican.com/article/the-root-of-thought-what/