Görsel açıklaması: Biliminsanları farelerde talamusun (orta-alt beyin) bilincin farklı durumlarında beyni nasıl ayarladığını, akort ettiğini belirlemeye çalıştı. Talamusun görevi, en temel ifadesiyle, koku duyusu dışında kalan tüm somatik (dokunmaya dayalı), görsel ve işitsel uyarıları serebruma, yani “istemli” faaliyetlerin geliştirildiği bölgelere aktarmak, bazılarına belli gecikmeler koymak, bazılarını tamamen iptal etmek ve benzeri düzenlemeleri yapmaktır. Ayrıca bu görevlerini yerine getirerek bilinci, uykuyu ve uyanıklığı da kontrol eder.
Biliminsanları, farelerde, beynin “uyarılma” bölgesi olan talamustaki nöronların ateşlenme oranlarını değiştirerek onları uyanıklıktan bilinçsizliğe kadar değişen yelpazedeki beyin değişikliklerine sokabildi. Çalışma, e-LIFE’da yayımlandı.
Çalışmanın başındaki Stanford Üniversitesi Nöroloji, Beyin Cerrahisi ve Biyomekanik Bölümleri’nden Prof. Jin Hyung Lee’e göre çalışmaları, merkez talamusun beyindeki farklı aktiviteleri ve uyarılmayı ayarlayan bir radyo istasyonu gibi çalıştığını göstermiştir.
Beyne derinlikli bir incelemeyle bakıldığında, talamusun vücuttan kortekse nöral uyarıları gönderen bir yayın istasyonu gibi çalıştığı görülür. Talamusun merkezinde oluşan bir hasarlanma olasılıkla uyku, dikkat ve hafıza sorunları yaratacaktır. Daha önceki çalışmalar, talamik nöronlara yapılan uyarıların düşük bilinç düzeyi oluşmuş travmatik beyin hasarlı hastalarda uyanıklık sağladığını göstermişti.
Dr. Lee’nin çalışmasında, uyuyan farelerin ışığa hassas merkez talamus nöronlarına lazer atışları gönderildi. Bu hücrelerde bir ateşlenme meydana geldi. Saniyede 40-100 arası yüksek frekanslı atışlarda fareler uyandılar. Çelişkili olarak saniyede 10 atış gibi düşük frekanslarda ise, farelerde epilepsi ataklarını hatırlatan belli bir noktaya sabit bakarak ardından da uykuya geçiş belirlendi. Çalışmanın, uyku ile uyanıklık geçişlerinde beyinde nasıl bir devre sistemi oluştuğuyla ilgili önemli bilgiler verdiği düşünülüyor.
Biliminsanları, beyin aktivitesini görüntülemek için fonksiyonel MR incelemesi yaptıklarında, yüksek ve düşük frekanslı uyarıların fare beyninde çok farklı aktiviteler ortaya çıkardığını gözlemledi. Kortikal beyin bölgesi aktivitesi yüksek frekanslı uyarılarla yükselirken, düşük frekanslılarla tamamen inhibe (baskılanma) oluyordu. Elektriksel kayıtlar da bu sonuçları doğruladı. Somatosensöri korteksteki (deri ve iç organlardan duyusal uyaran algısı ile ilgili beyin bölümü) nöronlar yüksek frekanslı uyarılarda daha fazla aktivite gösterirken düşükte daha az hareketleniyordu. Peki beynin geri kalanında farklı etkilere önderlik eden belli bir bölgedeki aynı nöronların ateşlenme oranı nasıl değiştirilebilirdi?
Daha ileri deneyler, düşük frekanslı uyarılar sırasında ortaya çıkan farklı etkilerin belki de zona incerta olarak bilinen talamus altı alanda yatay şekilde uzanan bir bölgedeki gri madde hücrelerinin tekil bir uyarılma modeliyle komşu beyin bölgesindeki inhibitör nöronları tetiklenmesiyle oluşabileceğini göstermiştir. Bu bölgedeki hücrelerin, duyu korteksindeki hücrelere inhibitör sinyaller gönderdiği gösterilmiştir.
Elektriksel kayıtlar, merkez talamusa düşük frekanslı uyarılar verildiğinde, zona incerta nöronlarının asimetrik bir modelle yanıt verdiğini, bunun da aslında uyku halinde görülen modelle daha çok uyuştuğunu göstermiştir. Aksine benzer etki yüksek frekanslı uyarıda oluşmamıştır. Dahası, merkez talamusun düşük frekanslı uyarılması sırasında zona incerta nöronlarının ateşlenmesi engellendiğinde, duyusal korteks hücrelerinin ortalama aktivitesi de azalmıştır.
Travmatik beyin hasarlarının tedavisinde talamusun derin uyarılmasının umut verdiği gösterilmiş olsa da, bu hastalardaki bilinçlilik durumunun düzelmesi epeyce yavaş olmaktadır.
Dr. Lee çalışmalarının beyin devrelerinin uyanıklılık durumunu nasıl düzenlediğini gösterdiğini söylüyor. Bu çalışmanın ileri beyin hasarları ve diğer nörolojik hastalıklarının tedavisinde kullanılabileceğini de ümit ediyor.
Hazırlayan: Dr. Ebru Oktay
KAYNAKLAR
