Ana sayfa 129. sayı 2014 Nobel Fizyoloji ve Tıp Ödülü’nü alan çalışma: Beynimizdeki GPS’in hücresel düzeyde keşfi

2014 Nobel Fizyoloji ve Tıp Ödülü’nü alan çalışma: Beynimizdeki GPS’in hücresel düzeyde keşfi

255
PAYLAŞ

Ebru Oktay

Nobel Fizyoloji ve Tıp Ödülü, beynimizdeki GPS diyebileceğimiz, uzayda yönelimimizi mümkün kılan ve beynin yüksek düzey bir bilişsel fonksiyonu olan bir ayarlama sisteminin hücresel düzeyde keşfine verildi.

Nerede olduğumuzu nasıl biliyoruz? Bir yerden diğerine giden yolu nasıl buluyoruz? Ve aynı yolu gösteren izlere bir kez daha rastladığımızda, bunu daha önce de yaptığımızı hatırlatan bilgileri nasıl depoluyoruz? Bu yıl Nobel Tıp ve Fizyoloji Ödülü, “içimizdeki GPS diyebileceğimiz, uzayda yönelimimizi mümkün kılan ve beynin yüksek düzey bir bilişsel fonksiyonu olan bu ayarlama sisteminin hücresel düzeyde keşfine” verildi.

Nobel Fizyoloji ve Tıp Ödülünü alan bilimciler

John O’Keefe

1939’da ABD New York’da doğdu. Hem ABD, hem İngiliz vatandaşı. Doktora derecesini 1967’de Kanada McGill Üniversitesi’nde fizyolojik psikoloji alanında tamamladı. Post doktora için gittiği Londra University Collage’de, 1987’de Bilişsel Nöroloji Bölümünde profesör oldu. Araştırmalarına aynı üniversitede devam ediyor.

May-Britt Moser

1963’de Norveç Fosnavag’da doğdu. Oslo Üniversitesi’nde psikoloji okudu. Post doktorasını 1995’de nörofizyoloji alanında aldı. Önce Edinburgh arkasından Londra University Collage’de konuk biliminsanı olarak çalıştıktan sonra 1996’da Trondheim’deki Norveç Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’ne geçti. 2000’de nöroloji alanında profesör olduktan sonra, aynı üniversitenin Nöral Hesaplama Bölümünün yöneticiliğini yapmaktadır.

Edvard I. Moser

1962’de Norveç Alesund’da doğdu. Post doktora derecesini 1995’de Oslo Üniversitesi Nörofizyoloji Bölümünden aldı. Eşi ve meslektaşı May-Britt ile birlikte Edinburgh ve daha sonra da John O’Keefe’nin laboratuvarında çalışmak üzere Londra’da bulundu. 1996’da Trondheim Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’ne geçti. 1998’de profesör oldu ve aynı üniversitenin Kavli Enstitüsü Nöroloji Sistemleri Bölümünün yöneticisi oldu.

May-Edvard Moser çifti 30 yıldır birlikte çalışıyorlar ve 28 yıldır evliler. Beynin çalışmasının keşfine adadıkları yaşamlarında bu tutkularından bir an olsun vazgeçmemişler. Kahvaltıda bu konuda konuşuyorlar, sabah okulda yaptıkları ilk toplantıda konunun ayrıntılarını irdeliyorlar. Lokal bir restoranda yedikleri akşam yemeğinde, biraz sonra eve giden yolu nasıl her seferinde doğru olarak bilebildiğini düşünüyor ve büyüleniyorlar. İlk kez 2005 yılında keşfettikleri  “şebeke hücreleri”nin daha sonra diğer özelleşmiş hücrelerle ortaklaşa çalışarak bir devre meydana getirdiğini ve bunun da adeta bir beyin içi GPS gibi çalıştığını bulduklarında tutkuları yeni araştırmalar için daha da artmış…

1971’de John O’Keefe bu sistemin ilk bileşenini bulmuştu. Farenin odanın belli bir bölümünde iken, beyninde “hipokampüs” denilen bölgede yer alan sinir hücrelerinin tamamı sürekli çalışır haldeydi. Diğer sinir hücreleri ise, fare başka bir mekâna gittiğinde uyarılıyordu. O’Keefe, bu “mekân” hücrelerinin odanın adeta haritasını oluşturduğuna karar verdi.

30 yıldan fazla bir süre sonra ise 2005’de May-Britt ve Edvard Moser bu ayarlama sisteminin başka bir bileşenini keşfettiler. “Şebeke hücreleri” adını verdikleri özel bir beyin hücresi tipi, koordinasyonu kurup kesin bir pozisyon ayarlama ve rehberlik görevi görüyordu. Bundan sonraki araştırmaları da, bu hücrelerin bu mekân ve “seyir” belirleme işini nasıl yapabildikleri üzerine olacaktı.

John O’Keefe ve May-Britt -Edvard Moser çiftinin keşifleri, yüzyıllardır filozofların ve biliminsanlarının sorduğu, beynin etrafımızı çevreleyen uzayda nasıl bir harita oluşturduğu ve bununla bu karmaşık çevrede yolunu ve seyrini nasıl devam ettirebildiği problemini de çözmüş oluyordu.

Çevremizi nasıl deneyimliyoruz?

Mekân duyarlılığı ve yönelim yeteneğimiz, varoluşumuzun temelidir. Bu duyarlılık bize bir çevresel algı sağlar. Yönelim sırasında da mesafe duyarlılığımızla birlikte, bir önceki ve bir sonra olacağımız mekân arasında bir hareketsel ve bilişsel bağ kurulur.

Mekân ve yönelim konusu filozofları ve biliminsanlarını uzun zamandır meşgul etmekteydi. 200 yıl önce Alman filozof Immanuel Kant, deneyimden bağımsız a priori bilgimizin olduğunu ve bunun zihinsel kapasitemizden kaynaklandığını söylemişti. Kant’a göre mekân algısı zihnimizin zaten içinde olan bir prensibiydi ve dünyayı algılamamız bu durumda kaçınılmazdı. 20. yüzyılın ortalarında davranışsal psikolojide yaşanan gelişmelerle bu sorular deneysel olarak da irdelenmeye başlandı. Edward Tolman, farelerin labirentte yollarını bulduklarını ve beyinlerinde bir “ bilişsel harita” oluşturduklarını keşfetse de, bunun nasıl olabildiği sorusu hâlâ yanıtlanmamıştı.

John O’Keefe ve uzayda bir mekân

John O’Keefe bu sorulardan etkilenerek 1960’larda, beyindeki bu davranışsal kontrolün ve karar verme mekanizmasının nasıl işlediğini nörofizyolojik metotlarla incelemeye başladı. Odada serbest halde dolaşan farelerin beyinlerindeki hipokampüs bölgesinden gelen sinyalleri kaydetti. Özellikle odanın belli bir bölgesine geldiklerinde, bu bölgedeki sinir hücrelerinin işlevinin daha da arttığını belirledi. Ayrıca “mekân hücreleri”nin sadece görsel veriyle harekete geçmekle kalmayıp çevreye ait “ içsel bir harita” oluşturucu kayıtlar tuttuğunu gösterdi (Şekil 1). Bu bilgiler ışığında O’Keefe, hipokampüste pek çok sayıda “harita” oluşturulabildiği ve bunun da değişik çevresel ortamlarda kolektif çalışan “mekân hücreleri” sayesinde olduğu kararına vardı. Bu sebeple, çevresel hafızanın, hipokampüsteki mekân hücrelerinin özel bir kombinasyonuyla depolanmak suretiyle oluşturulduğu sonucuna ulaşılabildi.

May-Britt ve Edvard Moser işbirliğini keşfetti

Moser çifti, odada hareket halindeki farelerin hipokampüslerinde oluşan aktiviteyle yine beynin yakındaki bir parçası olan “entorhinal korteks”lerinde oluşan aktivite arasındaki bağlantıyı gösteren bir haritalama yaptılar. Burada, farelerin, hekzagonal bir şebeke şeklinde biçimlenmiş noktalardan defalarca geçtiklerinde, beyinlerinin kesin olarak belirli hücrelerinde aktivite olduğu gösterilebilmişti (Şekil 2). Bu hücrelerin her biri, özgün birer konumsal model oluşturarak ve sonrasında ortak hareket ederek konumsal bir navigasyon ağı meydana getirebiliyordu. Entorhinal korteks ve hipokampüsteki hücreler farelerin yönelimini ve mekân algısını (odanın sınırları gibi) sağlayarak, birlikte kurdukları devre modeliyle beyin içi bir GPS (Global Positioning System) meydana getiriyorlardı (Şekil 3).

Son zamanlarda geliştirilen beyin görüntüleme yöntemleri ve beyin cerrahisi sırasında yaşanan deneyimler “mekân” ve “şebeke” hücrelerinin insanlarda da bulunduğunu göstermiştir. Alzheimer hastalığında hipokampüs ve entorhinal korteks hızla ve daha ilk evrelerde etkilenip hasar görüyor ve bu durumda bilindiği gibi kişilerin yollarını bulma ve oldukları mekânı algılama kapasiteleri giderek azalıyor. Beyin konumlandırma sistemiyle ilgili edineceğimiz bilgiler belki de hastalarda oluşan bu yıkıcı gelişmelerin mekanizmasını anlamamıza destek sağlayacaktır.

Beyin konumlandırma sisteminin keşfi, özelleşmiş hücrelerin bir araya gelip nasıl yüksek nitelikli bir bilişsel işlev yaratabildiklerini bize gösterebilmiştir. Bu konudaki araştırmaların artmasıyla belki diğer bilişsel fonksiyonlarımızın (hafıza, düşünme, planlama gibi) nasıl oluştuğuyla da ilgili bilgiler edinebileceğiz.

Kaynaklar

1)  http://www.nobelprize. org/nobel_prizes/medicine/laureates/2014/press.html

2) http://blogs.scientificamerican.com/talking-back/2014/10/06/nobel-in-medicine-to-discoveries-of-brains-internal-navigation-system/