ÖĞrenmek nediR, neden öĞreniyoruz, nasil öĞreniyoruz

SIÇRAMALI İLETİŞİM

Nöronların aktif elektriksel faaliyetlerini ve AP oluşturabilme yeteneklerini onların pasif elektriksel özelliklerinden ayrı düşünemiyoruz. Bu açık. Çünkü ancak, pasif electrotonic akımlar hücre zarını depolarize hale getirdikleri zaman bir AP üretmek mümkün olabiliyor. Bu durum, bir AP nin akson boyunca kendi kendini üreterek daha uzak mesafelere kadar gitmesi süreci için de geçerlidir. Her seferinde, bir AP ne bağlı olarak meydana gelen pasif elektriksel akımlar yol boyunca membranda başka bölgeleri de depolarize hale getirirler ve bu şekilde sıçramalı bir şekilde AP leri üretilerek ilerlenilir.

Bütün bunları, bir yangını söndürmek için yan yana dizilen itfaiye görevlilerinin, içi su dolu kovaları biribirlerine ileterek kaynaktan ateşe kadar suyu taşımaları olayına benzetebiliriz!

Şek.18

Bu zincirdeki her görevlinin bir AP ni temsil ettiğini düşünürseniz, kovaların elden ele geçişi de akson boyunca akan electrotonic akımı temsil etmektedir. Eğer itfaiyeciler suyu taşıma işini kovaları biribirlerine vererek değil de suyu mümkün olduğu kadar ileriye doğru fırlatarak yapsalardı aradaki benzetme daha gerçeğe yakın olacaktı. Ama burada önemli olan olayı kavramaktır. Her benzetmenin bir sınırı vardır [13].

İLETİŞİMİN HIZI

Nöronlar arasındaki, ya da nöronlarla adaleler arasındaki haberleşmede (sinyal alış verişin-

de, bu haberleşme kadar onun hangi hızla yapıldığı da önemlidir. Örneğin zürafa, fil, balina gibi hayvanlarda, beyinde motor kortekste (beyin kabuğunda) bulunan motor nöronların aksonları omuriliğe kadar uzanırlar⁴⁶. Bunlar beyinden omuriliğe kadar olan metrelerce mesafeye sinyal taşımak durumundadırlar. Üsteliktete bu sinyallerin çok hızlı bir şekilde iletilmeleri gerekir. Çünkü aksi taktirde motor etkinliğin kontrolü zayıflar. Herhangi bir davranış, örneğin daldan bir otu koparmak, ya da önüne çıkan bir tehlike karşısında anında reaksiyon gösterebilmek, ancak beyinle organlar arasında hızlı bir sinyal alış verişi mekanizmasıyla mümkündür. Beyinden sinyal gönderip şu işi yap diye emir vermek yetmiyor. Geriyle bağlaşım (feedback) sistemi aracılığıyla atılan adımların kontrolü ve gerektiği zaman anında düzeltmeler yapabilmek de gerekir. Öte yandan, elektrik akımının nöronların içinden (aksonlarından) nasıl akacağını belirleyen belirli fiziksel etkenler vardır. Eğer membranın direnci artar, ya da aksonun direnci azalırsa, akım akson boyunca daha az direnç olan bölgeleri takiben daha hızlı akacaktır. Aksonun içindeki direnci azaltmanın bir yolu da tabi onun çapını büyütmektir. Çünkü daha geniş çaplı hortumlardan su daha kolay akar. Ama bu durumda da sorun, aksonların çapının pratikte ne kadar arttırılabileceğine bağlıdır. Bu nedenle, evrim süreci bu sorunun çözümü için daha başka bir yol bulmuştur. Buna “miyelinleme” diyoruz. Aksonların dış kısımlarının miyelinlenmesi membranın direncini arttırır. Buna bağlı olarak da, akson boyunca akım daha kolay akar, daha uzak mesafelere kadar gidebilir. Bu ayrıca, sızıntıyı da azaltacağı için, akson boyunca ara istasyonlarda yeni AP leri yaratılmasına ihtiyaç da azalır. Yani öyle sık sık AP leri yaratılarak güçlendirmeye gerek kalmadan sinyal daha uzak mesafelere kadar iletilebilir. Hatta, miyelinlenmiş bir aksonda AP sadece miyelinli olmayan ara bolümlerde yaratılır. Bu düğüm noktalarında Na⁺ (voltage-gated) kanalları AP ni tetiklerler. Bu da, daha sonraki düğüme kadar akacak olan electrotonic akımı oluşturur. Bu şekilde, her seferinde electrotonic akım AP ni oluştururken, AP de bir dahaki düğüme kadar yeni bir electrotonic akım oluşturarak sinyali iletmiş olur. Bu türden iletişime sıçramalı (saltatory) iletim diyoruz.

Şek.19⁴⁷
Bu şekilde iletişimle memelilerde 120 m/sn. bir hıza erişmek mümkündür. Bir futbol sahası kadar uzaklığın 1 sn. de katedildiğini düşünürsek buna büyük bir hız demek mümkündür [13].

SİNAPTİK İLETİŞİM

Nöronal sinyalleşmenin, nöronların kendi aralarındaki haberleşmeleri olduğu kadar, nöronlarla adaleler arasındaki haberleşmeleri de içerdiğini söyledik. Her iki durumda da, iletmek istediği mesaji elektriksel bir impuls-AP şeklinde akson terminaline kadar ulaştıran bir nöron, burada nörotransmitter adı verilen moleküller salgılayarak mesajı kimyasal paketler şekline sokar. İşte, bu paketlerin (nörotransmitterlerin), presinaptik ve postsinaptik iki nöron arasındaki mesafeyi (sinaptik bölge) aşarak (diffüzyon yoluyla) postsinaptik nöronun dendritlerinde bulunan alıcılara bağlanmasınadır ki biz sinaptik haberleşme diyoruz.

Presinaptik nöronun akson terminaline kadar gelen AP önce buradaki hücre zarını depolarize ederek buradan içeriye Ca²⁺ iyonlarının dolmasına neden olur. Bu da (yani Ca²⁺ da) içinde nörotransmitter adı verilen belirli moleküllerin bulunduğu küçük torbaları (Vesikel) etkileyerek, bunların aksonun uç kısmında bulunan hücre zarıyla kaynaşmalarına ve buradan sinaptik aralığa nörotransmitter bırakmalarına yol açar. Bu nörotransmitterler de iki nöron arasındaki mesafeyi diffüzyon yoluyla geçerek postsinaptik nöronun zarında bulunan alıcı-receptor-protein moleküllerine bağlanırlar. Buraya kadar olup bitenlere sürecin birinci aşaması diyoruz.

Şek.20
İkinci aşamanın nasıl şekilleneceği nörotransmitterlerle alıcılar-receptor-arasındaki etkileş-menin sonucuna bağlıdır. Daha önce açıklanan mekanizma gereğince, ya hücre zarının depolarize olmasına dayanan olaylar zinciri tetiklenecek ve bunun sonunda da bir AP oluşacaktır, ya da, eğer mesaj getiren nörotransmitterler bir AP oluşmasını tahrik edici (excitatory) türden değil de, onu engelleyici-frenleyici türdenseler, bu durumda, hyperpolarizasyon nedeniyle süreç frenlenecek (inhibition) AP falan oluşmayacaktır.
Postsinaptik hücre alıcılarıyla etkileşen nörotransmitterlerin tahrik edici (excitatory) olmaları halinde postsinaptik hücrede meydana gelen AP nin genellikle hücre gövdesiyle aksonun keşişme noktasında ortaya çıktığını görüyoruz (axon hillock). Eğer postsinaptik hücre bir adale hücresiyse, bu durumda AP bu adalede oluşuyor, ve bu da çeşitli adale hareketlerine neden oluyor.