ÖĞrenmek nediR, neden öĞreniyoruz, nasil öĞreniyoruz

NÖRONAL İNFORMASYON İŞLEME SÜRECİNİN AYIRDEDİCİ ÖZELLİKLERİ

Bu bölümü tamamlamadan önce açıklık kazanması gereken bir nokta daha var, onun da altını çizmek istiyoruz: Nöronlar dışardan gelen informasyonu diğer hücrelere göre daha farklı bir şekilde mi işliyorlar? Şimdiye kadar yapılan açıklamalardan böyle bir sonuç çıkarılabilir mi?

Cevap hayırdır! İşin özünde değişen birşey yoktur; ama bu, nöronal informasyon işleme mekanizmasının kendine özgü bir yanı yoktur anlamına da gelmiyor. Gelmiyor, çünkü nöronlar informasyonu bireysel olarak sadece kendi içlerinde işlemezler; aynı zamanda, kendi aralarındaki bağlantılarla kollektif olarak da işlerler. Bir hücre olarak kendi içlerinde informasyonu işlerken diğerleriyle aynı kurallara uyarlar, ama informasyonu kendi aralarındaki ağlarda işlerlerken de yeni mekanizmalar geliştirmişlerdir. Tek tek hücreler söz konusu olduğu zaman, informasyonu işlemede kullanılan bilgi, ya genlerde ya da hücre hafızasında bulunurken, nöronlar arasındaki bağlardan oluşan nöronal ağlar da bilgiyi temsil ederler ve gelen informasyon bu bilgilerle de işlenir.
Bir hücrenin dışardan gelen bir informasyonu nasıl işlediğini bütün ayrıntılarıyla biliyoruz. Daha önceki bölümlerde bu konuyu yeterince ele aldık. Kısaca hatırlarsak; informasyon bir molekül ya da bir atom aracılığıyla, veya bir fotonla (herhangibir taşıyıcıyla) geliyor, hücre zarında bulunan alıcılara bağlanıyordu. Birinci adım bu idi. İkinci adımda, alıcılarla ve tabi dolayısıyla, gelen informasyonla temas halinde olan sinyal moleküllerinin ve Regulatory proteinlerin harekete geçmeleri yer alıyordu. Bu andan itibaren bütün mesele dışardan gelen bu informasyonun (hammadde) işlenmesi olduğundan, eğer gelen informasyon daha önceki süreçlerden dolayı içerde zaten tanınıyorsa ve onu temsil eden-onu işlemek için özel olarak üretilmiş bulunan proteinler hücre içinde zaten varsa, sorun kalmıyor, anında, bu hammaddeyi işleme-ürün oluşturma işi yerine getiriliyordu. Yok eğer, gelen informasyon yeteri kadar tanınmıyorsa, veya hücre içinde onu işlemeye yarayan yeteri kadar protein yoksa, bu durumda da hemen, sinyal molekülleri durumu hücre çekirdeğine iletiyorlar, gidip orada DNA lara yakın bir yerde bulunan ve görevleri genleri aktif hale getirmek olan Regulatory proteinlere bağlanıyorlar; bu Regulatory proteinler de, sırtlarında yüklendikleri sinyal molekülleriyle gidip genleri harekete geçirerek, onlardan söz konusu informasyonu işlemek için gerekli olan bilgileri çıkarıyorlardı. Gerisi kolay. Bu bilgilere göre üretilen proteinler de gidip hammaddeyi (yani gelen informasyonu) işliyorlardı.
Dikkat edilirse, nöronların informasyonu işleme mekanizmalarının özü de budur. Aradaki fark, nöronlar arasındaki ilişkilerden kaynaklanıyor. Normal hücreler arası ilişkilere ek olarak, nöronlar arasında, yeni fonksiyon ve yeteneklerle donatılmış özel yeni bir bağlantı biçimi daha gelişmiştir. Ve informasyon tek tek hücrelerin yanı sıra, bu kez artık esas olarak bu bağlantılarla da işlenmektedir. İnformasyon gene belirli bir taşıyıcı vasıtasıyla geliyor; ama bu sefer informasyonun işlenmesi süreci presinaptik-postsinaptik nöronlar adı verilen en azından iki (bazan yüzlerce) nöron arasında ortaklaşa bir biçimde gerçekleştiriliyor. Yani informasyon tek tek hücrelerin içinde işlenirken, aynı zamanda bu hücreler arasındaki bağlantılarla da işleniyor. Ve sonunda elde edilen ürün, yani bilgi de, bu nedenle artık tek tek hücrelerin içinde “hücre hafızasında” bir Regulatory protein aracılığıyla değil, iki hücre arasındaki bir yapıyla-bir sinaps aracılığıyla temsil ediliyor, muhafaza altına alınıyor. Tek tek hücrelerde bulunan “hücre hafızasının” yanı sıra bu sefer bir de hücreler arası ilişkilerle temsil olunan yeni bir hafıza sistemi ortaya çıkıyor. Tek tek hücreler gelen informasyonu bireysel olarak işledikleri için ürüne de bireysel olarak sahip çıkarlarken, çok sayıda nörondan oluşan nöronal ağlar ortaklaşa işledikleri ürüne gene ortaklaşa sahip çıkıyorlar.
Presinaptik nöronun akson ucundan bir AP şeklinde gelen informasyon, burada kimyasal bir biçime dönüştürülerek postsinaptik nörona aktarıldığı, ve sonrada burada, postsinaptik nöronda, tekrar elektriksel bir akım şekline dönüştüğü için, ilk bakışta informasyonun işlenmesi olayı sanki daha önce olduğu gibi gene sadece tek tek hücreler (nöronlar) tarafından bireysel olarak yapılıyormuş gibi görünür. İnformasyonun işlenmesi sürecinde iki hücre arasındaki bağlantının rolü gözden kaçar! Halbuki hiçte öyle değildir! İki nöron arasında bir köprü olan bir sinapsın presinaptik ayağı olan akson ucunun yapısıyla, burada bulunan “Vesikel”ler ve “Retrograd haber taşıyıcıları” alan alıcılar vs. ile, postsinaptik hücrenin dendritlerindeki postsinaptik yapı biribirlerinden ayrı oluşmuş şeyler değildir. Yani bunlar, pre ve post sinaptik hücreler tarafından, biribirlerinden bağımsız olarak inşa edilmiş, bu hücrelere ait özel yapılar değildir. Aynı köprünün ön ve arka ayakları olarak, o köprü yapılırken iki hücre tarafından birlikte inşa edilmişlerdir. Yani, iki ayağı da olsa, köprü tektir ve belirli bir suyun üzerine oluşmuştur. Yeni bir informasyon gelipte yeni bir bilgi üretildiği zaman, bu, her iki hücrenin ortak gen açılım faaliyetiyle gerçekleşen yeni bir köprü-sinaps şeklinde temsil edilerek sisteme dahil edilir.
Diyelim ki, belirli bir sinapsa (f₁) frekansına sahip yeni bir akım-AP geldi. Bu input işlenirken ve mevcut sinaps buna uygun olarak değiştirilirken (ya da tabi onun yanına yeni bir sinaps daha eklenirken), bütün bu işleri her iki hücrenin genlerinin ürettiği proteinler kollektif bir faaliyetle yaparlar. Bu nedenle, kollektif bir ürün olarak bilgiyi temsil eden sinaps da- kollektif bir yapıdır. İnputta değişiklik oldukça (örneğin f₂ frekanslı bir AP ile temsil edilen yeni bir input söz konusu olunca) onu temsil edecek-kayıt altına alacak olan yapı da (sinaps) buna göre değiştirilecektir vs. Halbuki, tek tek hücrelerin informasyon işleme mekanizmasında, ürün bireysel olarak sadece o hücre tarafından gerçekleştirildiği için, onun muhafaza edilmesi de gene buna uygun bir şekilde olur⁵⁸. Buna uygun olarak hücre içinde özel bir “cell memory” sistemi doğar. Her yeni informasyonun bir Regulatory proteinle temsil edildiği moleküler bir ağdır bu. İnformasyonun nöronlar arasındaki bağlantılarla temsil edildiği-kayıt altında tutulduğu sinaptik informasyon işleme mekanizmasında ise artık bu türden hafıza moleküllerine ihtiyaç kalmaz. Çünkü sinaptik bağlar katı değişmez kalıplar değildir. Sürekli değişirler. Nöronal informasyon işleme mekanizması evrim sürecinde informasyonun çok daha üst düzeyde işlenme biçimidir. Bu durumda dışardan gelen informasyon hem çok daha fazladır, hem de sürekli değişim halindedir. Bir karaciğer hücresinin kayıt altında tutması gereken informasyon sınırlıdır. Bu yüzden de bu hücrenin hafızası onun fonksiyonuyla ilgili bilgileri içerir. Nöronal ağlarda ise durum bambaşkadır. Burada bütün organizmayı ilgilendiren bilgiler kayıt altında tutulmalıdır. Bunlar ise, organizmanın ilişki halinde olduğu çok daha genişlemiş bir çevreye ilişkin bilgiler olacaktır. Eğer bu durumda da gene her bilgi bir hafıza molekülüyle temsil edilseydi o zaman nöronların içinde yer kalmazdı!