Kategoriler
Bilim & İnsan

Nöronlar: İşlevi, oluşumu ve ölümü

Nöron nedir? Bugün biliniyor ki ortalama bir insan beyninde 86 milyar nöron bulunuyor. Ancak yakın zamana kadar çoğu sinirbilimci beyindeki nöron sayısının doğumdan itibaren sabit olduğunu düşünüyordu. Teoriye göre çocukken farklı alanlar arasında bilgi akışı sağlayan sinir devreleri oluşturabiliyorduk. Ancak bilim adamları, bir sinir devresi oluştuğunda, üzerine yeni nöron eklenmesinin bilgi akışını bozacağına ve beynin iletişim sistemini devre dışı bırakacağına inanıyordu.

Nöronların anlaşılması

Bilim adamı Joseph Altman 1962'de yetişkin sıçan beyninin hipokamp olarak adlandırılan bölgesinde nörogenez (nöron üretimi) kanıtlarına rastlayınca bu inancın yanlış olduğunu açıkladı. Daha sonra, yeni üretilen nöronların hipokampustaki doğum yerinden beynin diğer bölgelerine göç ettiğini bildirdi. 1979'da başka bir bilim adamı olan Michael Kaplan, Altman'ın sıçan beynindeki bulgularını doğruladı ve 1983'te yetişkin bir maymunun ön beyninde nöral öncü hücreler buldu.

Yetişkin beynindeki nörogeneze dair bu keşifler aynısının insan için geçerli olmadığını düşünen araştırmacılar için şaşırtıcıydı. 1980'lerin başında kuşların nasıl şarkı söylemeyi öğrendiğini anlamaya çalışan bir bilim insanı sinirbilimcileri yetişkin beynindeki nörogenezi incelemeye itti. Fernando Nottebohm ve araştırma ekibi erkek kanaryanın ön beynindeki nöron sayısının çiftleşme mevsiminde çarpıcı şekilde arttığını buldu. Bu zaman, erkek kuşların dişileri çekmek için yeni şarkılar öğrenmeye çalıştığı zamandı.

Nottebohm, beyindeki karmaşık davranışları yöneten ön beynin sinir devrelerinde oluşan bu yeni nöronların yeni şarkıların depolanmasına yardımcı olduğuna inanmaya başladı: Yeni nöronlar öğrenmenin anahtarıydı. Eğer kuşlar hatırlamayı ve öğrenmeyi sağlayan yeni nöronlar üretebiliyorsa, memeli beyni de aynısı yapmalıydı.

Diğer bilim adamları bu bulguların memeliler için geçerli olmadığına inandı ancak Elizabeth Gould ortaya çıktı ve maymun beyninin farklı bir bölgesinde yeni nöron oluşumunun kanıtlarını buldu ve daha sonra Fred Gage ve Peter Eriksson yetişkin insan beyninin benzer bir alanının yeni nöronlar ürettiğini gösterdi.

Bazı sinirbilimciler için yetişkin beynindeki nörogenez hala kanıtlanmamış bir teoridir. Ancak çoğu bilim adamına göre kanıtlar nöronların öğrenme ve hafıza üzerinde işlevi olduğunu gösteriyor.

Nöronun yapısı

Merkezi sinir sistemi (beyin ve omurilik) iki temel hücre tipinden oluşuyor: Nöron ve glia. Glia, beynin bazı bölümlerinde nöron sayısını geçer ancak nöronlar beyindeki kilit oyunculardır.

İLGİLİ:  Corona virüs hangi yüzeylerde ne kadar süre yaşar?

Nöronlar bilgi taşıyor. Elektriksel uyarı ve kimyasal sinyal yoluyla hem beynin farklı alanları arasında hem de beyin ile sinir sistemi arasında bilgiler iletiyor. Düşündüğümüz, hissettiğimiz ve yaptığımız her şey, nöronlar ve onların destek hücreleri olan astrosit ile oligodendrosit denilen glial hücreler olmadan imkansız olurdu.

Bir nöronun üç temel bölümü bulunuyor: Hücre gövdesi ve iki adet uzantı (akson ve dendrit). Hücre gövdesinin içinde hücrenin faaliyetini kontrol eden ve hücrenin genetik materyalini içeren çekirdek var. Akson uzun bir kuyruk gibidir ve hücreden gelen mesajları iletir. Dendrit ise ağacın dalları gibidir ve hücre içine mesaj alır. Nöronlar, komşu nöronun akson ve dendriti arasındaki sinaps denilen küçük boşluğa gönderdiği nörotransmiter kimyasalı ile iletişim kuruyor. Bu kimyasallar arasında dopamin (hoş duygular), asetilkolin (hafıza, öğrenme) ve endorfin (duygu, acı algısı) gibileri var.

Nöron çeşitleri

Bir nöronun sinyal taşıması
Bir nöronun sinyal taşıması. Miyelin kılıf süreci hızlandırıyor.
  • Duyusal nöron, duyu organlarından (göz ve kulak gibi) beyne bilgi taşır.
  • Motor nöron, konuşma gibi istemli kas aktivitesini kontrol eder ve beyindeki sinir hücrelerinden kaslara mesaj taşır.
  • Diğer tüm nöronlara ise internöron deniyor.

Bilim adamları, nöronların vücuttaki en çeşitli hücre türü olduğuna inanır. Bu üç nöron sınıfının içinde, her biri belirli mesaj taşıma yeteneklerine sahip yüzlerce farklı tür daha var.

Bu nöronların birbirleriyle bağlantı kurarak iletişimde kalma biçimi, her birimizin nasıl düşündüğünü, hissettiğini ve davrandığını benzersiz kılan etkendir.

İnsan bedeninin tükettiği enerjinin %25'ini tüm bu beyin hücrelerini beslemeye harcadığı uzun zamandır biliniyor. Diğer canlıların beyin nöron sayıları ise şöyle:

  • Meyve sineği: 100 bin nöron
  • Fare: 75 milyon nöron
  • Kedi: 250 milyon nöron
  • Şempanze: 7 milyar nöron
  • Fil: 257 milyar nöron

Nöron oluşumu

Hangi yeni nöronların beyinde üretildiği sinirbilimciler arasında tartışmalı bir konu. Doğumda çoğu nöron beynimizde halihazırda mevcut olsa da, nörogenezin (nöron doğumu anlamına gelen bilimsel kelime) ömür boyu süren bir süreç olduğunu destekleyen kanıtlar var.

Nöronlar, beyindeki nöral öncü hücrelerin (nöral kök hücre olarak da adlandırılır) yoğunluk bakımından yüksek olduğu bölgelerde oluşuyor. Bu hücreler, beyinde bulunan farklı nöron ve glia türlerinin hepsini değilse de çoğunu üretme potansiyeline sahip.

İLGİLİ:  Andreas Vesalius | Rönesans'ın insan bedeni anatomisti

Nöral kök hücreler ikiye bölünerek çoğalıyor. Bölünme sırasında iki yeni kök hücre ya da iki progenitör hücre veya her ikisi oluşuyor:

  • Bir kök hücre, bölünerek başka bir kök hücre ürettiğinde kendini yenilediği söylenir. Bu yeni hücre, daha fazla kök hücre yapma potansiyeline sahiptir.
  • Bir kök hücre, bölünerek progenitör hücre ürettiğinde farklılaştığı söylenir. Farklılaşma, yeni hücrenin biçim ve işlev açısından özelleşmesidir. Progenitör hücre, kök hücrenin farklı türlerde hücre yapma potansiyeline sahip değil. Sadece kendi soyunda hücre yapabiliyor.

Yeni progenitör hücreler kendi kendini yenileyebiliyor veya iki türden birine dönüşebiliyor: Bir tür astrosite dönüşürken diğer tür nöron veya oligodendrosit üretir.

Nöronun yer değiştirmesi

Bir nöron doğduğunda, beyinde işini yapacağı yere gitmesi gerekir. Peki nöron nereye gideceğini nasıl biliyor? Oraya varmasına ne yardımcı oluyor? Bilim adamları nöronların bu mucizevi seyahatte en az iki yöntem kullandığını gördü:

  • Bazı nöronlar, radyal glia denilen uzun hücre liflerini takip ederek hareket ediyor. Bu lifler beynin iç katmanlarından dış katmanlarına kadar uzanıyor. Nöronlar, hedefe ulaşana dek lif boyunca kayar.
  • Nöron ayrıca kimyasal sinyali kullanarak da seyahat ediyor. Bilim adamları, nöronların yüzeyinde özel moleküller buldular ve bunlar yakındaki glial hücre veya sinir aksonundaki benzer moleküle (adhezyon molekülleri) bağlanıyordu. Bu kimyasal sinyaller, nöronu hedef konuma yönlendiriyor.

Her nöron yolculuğunda başarılı olmaz. Bilim adamları yalnızca üçte birinin hedefine ulaştığını düşünüyor. Nöronal gelişim sürecinde bazı hücreler ölmekte.

Bazı nöronlar ise yolculuğu sağ tamamlar ancak olmaması gereken bir yere varır. Yanlış konumlanmış veya garip şekilde oluşmuş nöronların göçü çocukluk çağı epilepsisi gibi rahatsızlıklara neden olabiliyor. Bazı araştırmacılar şizofreni ve öğrenme bozukluğu disleksisinin yanlış yönlendirilmiş nöronlardan oluştuğuna şüpheleniyor.

Farklılaşma

Bir nöron hedefine ulaştığında yeni konumuna yerleşmesi gerekir. Bu son farklılaşma adımı hala nörogenezin en az anlaşılan kısmı.

Nöronlar, beyin hücreleri arasında bilgi aktaran kimyasallar olan nörotransmiterin taşınmasından ve alınmasından sorumlu. Konumuna bağlı olarak bir nöron, belirli nörotransmiterleri gönderip alan bir duyusal nöron, motor nöronuveya interneuron görevini üstlenebiliyor.

Gelişmekte olan beyinde bir nöron, şeklini, konumunu, ürettiği vericinin türünü ve hangi nöronlara bağlanacağını astrosit gibi hücrelerden gelen moleküler sinyale bakarak anlıyor. Bu yeni doğmuş hücreler, yetişkinlik boyunca değişmeyecek nöral devreler yani nöronu nörona bağlayan bilgi yolları oluşturuyor.

İLGİLİ:  Ölçüm aletlerinin hikayesi ve tarihsel gelişimi

Yetişkin beynindeki sinir devreleri çoktan gelişmiş olduğundan nöronlar uyum sağlamanın yolunu daima buluyor. Nöron yeni konumuna yerleştiğinde çevredeki hücrelere benzer. Akson ve dendrit çıkarır ve komşularıyla iletişim kurmaya başlar.

Nöron ölümü ve hastalıklar

Nöronlar vücuttaki en uzun yaşayan hücreler olmasına rağmen, çok sayıda nöron göç ve farklılaşma sırasında ölür. Bazı nöronlar ise anormal dönüşler yapabilirler. Bazı beyin hastalıkları, doğal olmayan nöron ölümlerinden kaynaklanıyor.

  • Parkinson hastalığında, nörotransmiter dopamin üreten nöronlar, beynin vücut hareketlerini kontrol eden bölgesi olan bazal gangliyonda ölür. Bu durum hareketi başlatmada zorluğa neden olur.
  • Huntington hastalığında, genetik mutasyon, glutamat denilen nörotransmiterin aşırı üretimine neden olur ve bazal gangliyondaki nöronlar ölür. Sonuç olarak, insanlar kontrolsüz şekilde bükülüp ve kıvranır.
  • Alzheimer hastalığında, beynin hafızayı kontrol eden bölümleri olan neokorteks ve hipokampustaki nöronların içinde ve çevresinde olağandışı protein birikir. Bu nöronlar öldüğünde, insanlar hatırlama kapasitelerini ve günlük görevleri yerine getirme yeteneklerini kaybeder. Beyne ve merkezi sinir sisteminin diğer bölümlerine gelen fiziksel hasar da nöronları öldürebiliyor veya devre dışı bırakabiliyor.
  • Beyne gelen darbeler veya felcin neden olduğu hasar, nöronları öldürebilir.
  • Omurilik yaralanması, nöronlar yaralanma bölgesinin altında bulunan aksonlarla bağlantıyı kaybettiğinde beyin ve kas arasındaki iletişim bozulabilir. Bu nöronlar hala yaşıyor olabilir, ancak iletişim yetenekleri kaybolmuştur.

Araştırmalar

Bilim adamları, nöronların yaşamı ve ölümü hakkında daha fazla bilgi edinerek, milyonlarca insanın hayatını etkileyen beyin hastalıkları ve rahatsızlıkları için yeni tedaviler geliştirmeyi ve hatta iyileştirmeyi umuyor.

En güncel araştırmalar, nöral kök hücrelerin beyinde ve sinir sisteminde bulunan farklı nöron türlerinin hepsini olmasa da çoğunu üretebileceğini göstermiştir. Bu kök hücrelerin laboratuvarda belirli nöron türlerine dönüştürülmesini öğrenmek, ölen veya hasar görmüş nöronların yerine yenilerinin üretilmesini sağlayabilir.

Beynin içindeki büyüme faktörlerinden ve diğer sinyal mekanizmalarından yararlanmak için terapiler oluşturmak prekürsör hücrelere yeni nöron yapmalarını söyleyebilir. Bu etkenler beyni içeriden onarmayı, yeniden şekillendirmeyi ve yenilemeyi mümkün kılacak.

Yazar Burcu Kara

Genellikle modern tarih, yakın tarih ve popüler bilim üstüne içerikler üretiyor. Özel ilgi alanları arasında Kuzey Afrika ve Güney Amerika'nın sömürge tarihi ve Avrupa'daki eski monarşiler yer alıyor.