ÖĞrenmek nediR, neden öĞreniyoruz, nasil öĞreniyoruz

EVET, BEYİN NASIL ÖĞRENİYOR, YENİ SİNAPSLAR NASIL OLUŞUYOR

Hebb’in ortaya attığı görüşün deneysel olarak ilk ispatı 1973 de gerçekleşti. İki bilim adamı, Timoty Bliss ve Terje lomo Hippocampusta⁵⁴ sona eren bir siniri zayıf bir akımla etkiledikleri zaman, sinyallerin sürece katılan sinapslar tarafından daima daha etkin bir şekilde nakledildiğini, hücrelerin süreç içinde daha hassas hale geldiğini gördüler. Bugün buna LTP (Langzeit-potenzierung), yani uzun süreli bir potansiyelin (hafızanın) oluşması deniyor. Bu buluş, diğer sonuçlarının yanı sıra, herşeyden önce, nöronlar arasındaki bağlantıların önceden belirlenmiş değişmez şeyler olmadıklarının bir göstergesiydi. Bir kaç saniye süren kısa süreli etkilemelerde bile, sinapslarda, sonuçları haftalarca devam eden kalıcı değişikliklere yol açılabiliyordu [12].

Öte yandan, daha sonra yapılan deneylerin de gösterdiği gibi, postsinaptik bir nöron, bu şekilde kalıcı etkilere neden olabilen (“potenzierende”) bir girdi-input aldığı zaman, bu, söz konusu nöronla ilişki-bağlantı halinde olan bütün diğer sinapsların da bundan etkilenecekleri, bu nörona bağlı olan bütün sinapsların değişeceği anlamına gelmiyordu! Sadece sürece katılan sinapslar etkileniyordu bundan. Bu nedenle, bir nöron binlerce bağlantısıyla, aynı anda birçok farklı süreçlerin içinde yer alabilirdi. Çünkü, informasyonu işleyen direkt olarak nöronlar olmayıp, nöronlar arasındaki bağlantılardı. Ortaya çıkan sonuçlar da (yani bilgiler de) gene bu bağlantılarda meydana gelen değişikliklerle temsil edilerek kayıt altında tutuluyordu.
Daha sonra, Bruce Mc Naughton ve arkadaşları, LTP nin birlikte harekete (“kooperativität”) bağlı olarak ortaya çıktığını göstermişlerdir. Zayıf bir akımla iki siniri ardarda etkiledikleri zaman hiçbir LTP oluşmadığı halde, etkilemenin zaman içinde uyumlu olarak aynı anda gerçekleşmesi halinde arada bir ilişki oluşuyor ve bu da LTP ye yol açıyordu. Bu nedenle, sinaptik bir mekanizmanın öğrenme süreci içinde uğradığı değişikliklerin de etkiler (Reiz) arasında bulunan belirli ilişkilerin sonucu olabileceği düşünülmeye başlandı. Chip Levy ve Oswald Steward 1979 da bu ilişkinin LTP oluşumunda gerçekten de belirleyici olduğunu göstermişlerdir. İki bilim adamı bir sinir kanalını (Bahn) zayıf bir akımla etkilerken, başka bir siniri de kuvvetli bir akımla etkiledikleri zaman, bunlardan sadece kuvvetli bir şekilde etkilenende LTP oluştuğunu, diğerinde ise hiçbir değişikliğin olmadığını tesbit etmişlerdir. Ancak ne zaman ki, iki etki arasında bir ilişki oluşur, yani kuvvetli akımla etkilenerek aktif hale getirilen hücre, aynı anda zayıf olarak da etkilenir, ancak o zaman, meydana gelen LTP nin ve sinapsın bu iki presinaptik etki kaynağını da kapsayacak şekilde oluştuğu görülmüştür. Yani herşey aynen Hebb’in söylediği gibiydi: Tek başına oldukları zaman postsinaptik bir hücreyi aktif hale getirmek için gerekli olan eşiğin altında kalan zayıf etkiler, postsinaptik hücre aktif halde iken gelirlerse, onun aktifliğine katılma olanağını buluyorlar, böylece, aktif halde olan postsinaptik hücreyle, onun bu haline iştirak eden zayıf etkiyi gönderen presinaptik hücreler arasında bir ilişki-bağ oluşuyordu [12].
Peki beyinde Hebb bağlantısı (plastikiyet-“Plastizität”) nasıl ortaya çıkıyordu? Daha başka bir deyişle, beyin, aynı anda aktif halde bulunan pre ve post sinaptik nöronları nasıl belirliyor ve bunları kayıt altına alıyordu? Seksenli yılların ortalarında bu konuda iki buluş yapıldı. Bunlardan birinde Graham Collingridge, eğer belirli bir Glutamat alıcısı etkisiz hale getirilirse (blokieren) bu durumda LTP nin oluşamayacağını gösterdi. Sinaptik akış normal olarak gerçekleşiyor, bir AP oluşuyordu, ama sonuçta bir LTP ortaya çıkmıyordu. İkinci buluş ise birbirinden bağımsız olarak, Gary Lynch ve Roger Nicoll tarafından gerçekleştirildi. Bu iki bilim adamı, postsinaptik hücrede AP oluşurken kalsiyum yoğunluğunun yükselmesinin engellenmesi halinde LTP nin oluşamayacağını ispat ettiler. Her iki buluş da biribirini tamamlıyordu, çünkü, postsinaptik hücrede aksiyonpotansiyeli oluşurken kalsiyum yoğunluğunun yükselmesini sağlayan Graham Collingridge’nin etkisiz hale getirdiği Glutamat alıcısıydı [12].
Daha önceki açıklamalarda Glutamatın presinaptik hücre tarafından salgılanan tahrik edici (“erregende”) bir nörotransmitter olduğunu söylemiştik. Ancak, postsinaptik hücrede, Glutamatın bağlandığı bir değil, iki önemli Glutamat alıcısı vardır. Bunlardan biri “AMPA” alıcılarıdır. Bunlar normal sinaptik ilişkiyi sağlarlar. Glutamat gelir, bunlara bağlanır. Bunlar da, gelen etkinin kuvvetine göre, postsinaptik hücreyi aktif hale getirirler veya getiremezler. İkinci tip Glutamat alıcılarına ise “NMDA” alıcıları deniyor. Presinaptik hücreden salgılanan Glutamat postsinaptik hücreye ulaştığı zaman, aynı anda, hem AMPA, hem de NMDA alıcılarına bağlanır, buların ikisi üzerinde de etkide bulunur [12].
Zayıf bir input kanalındaki etkinlik (Aktivität) de Glutamat salgılanmasına neden olur. Ve bunlar da gene postsinaptik alıcılara bağlanırlar. Fakat etki zayıf olduğu için, sadece buna bağlı olarak salgılanan nörotransmitterler postsinaptik hücrede kendi başlarına bir etkinliğin-AP nin oluşmasına neden olamazlar. Ne zaman ki kuvvetli bir input kanalının sinaptik etkinliği postsinaptik hücreyi aktif hale getirir (buna bağlı olarakta, NMDA alıcılarını bloke eden, normal koşullarda bunların kapalı olmalarına neden olan Mg engeli buradan uzaklaştırılır ve bu kanallar açılmaya başlarlar), bu durumda, kuvvetli ve zayıf her iki input kanalı açısından da hücre içine yeni bir yol-kapı açılmış olmaktadır ve bu kapıdan içeriye iki sinaps arasındaki aralık bölgede bulunan Ca⁺ iyonları dolmaya başlarlar [12,14]


Şek.28
Burada biraz duralım. NMDA kanallarının açılmasının ilk bakışta zayıf input kanalıyla hiçbir ilişkisi yoktur. Çünkü, kuvvetli input postsinaptik hücrede bir AP ne neden olunca, bu kanallar da buna bağlı olarak otomatik bir şekilde açılırlar. Ortada kuvvetli input kanalının dışında başka bir kanalın daha bulunmaması halinde, eğer bu kuvvetli input kanalından gelen etki ardarda tekrarlanarak açılan kanallardan içeriye daha fazla Ca⁺ iyonlarının girmesine neden olmuyorsa, bu durumda, ortada mevcut sinapsın kuvvetlendirilmesi, ya da eskinin üzerine yeni sinapsların ilave edilmesi için bir neden de olmayacaktır.⁵⁵ Ama, postsinaptik hücreye, kuvvetli inputla aynı zaman dilimi içinde zayıf bir inputun da gelmesi işleri değiştiriyor.⁵⁶ Bu durumda, zayıf input kanalından gelen Glutamatlar da, o an zaten aktif halde bulunan aynı NMDA alıcılarına bağlandıkları için, kuvvetli ve zayıf iki kanaldan birden gelen toplam etki mevcut NMDA kanallarının daha fazla açılmasına, içeriye daha çok Ca⁺ iyonunun dolmasına neden oluyor ve ortalık karışıyor! [12,14]]
Bu durumda, NMDA alıcıları, pratikte, Hebb İlkesinin hayata geçmesini sağlayan bir tür uyum dedektörü rolünü oynamaktadır: Bir sinapsın ya tek bir inputa (Reiz) bağlı olarak üstüste etkilenmesi halinde, ya da tabi, kuvvetli ve zayıf inputlar tarafından aynı anda etkilenmesi durumunda, ilk etkiden sonra zaten aktif halde bulunan postsinaptik hücredeki NMDA alıcıları üstüste gelen nörotransmitterlerin toplam etkisiyle daha çok açılırlar; ki bu da mevcut sinapsın kuvvetlendirilmesine veya onun üstüne yeni bir yapının-sinapsın daha oluşturulmasına neden olur. Postsinaptik bir hücre açısından, kendisi aktif halde bulunduğu zaman, hangi input kanallarının da aynı anda aktif olduklarını tesbit etmek gene NMDA alıcıları sayesinde mümkün olmaktadır. Postsinaptik bir hücreyi aynı anda etkileyen input kanalları arasında yeni bağlantıların (sinapslar) kurulması bu şekilde gerçekleşir.