DEMET İLCE / MUHABİR
Bu keşif, beynimizin sandığımızdan çok daha güçlü hesaplama birimleri olabileceğine işaret ediyor.
2020 yılında, Almanya ve Yunanistan'daki enstitülerden araştırmacılar, beynin dış kortikal hücrelerinde, kendi başına yeni bir 'dereceli' sinyal üreten ve bireysel nöronlara mantıksal işlevlerini yerine getirmeleri için başka bir yol sağlayabilen bir mekanizma olduğunu bildirdiler.
Epilepsi hastalarında ameliyat sırasında alınan doku bölümlerindeki elektriksel aktiviteyi ölçen ve floresan mikroskobu kullanarak yapılarını analiz eden nörologlar, korteksteki tek tek hücrelerin sadece normal sodyum iyonlarını değil aynı zamanda kalsiyumu da 'ateşlemek' için kullandığını buldu.
Pozitif yüklü iyonların bu kombinasyonu, kalsiyum aracılı dendritik aksiyon potansiyelleri veya dCaAP'ler olarak adlandırılan, daha önce hiç görülmemiş voltaj dalgalarını başlattı.
Beyinler, özellikle de insan türününkiler, sıklıkla bilgisayarlarla karşılaştırılır. Analojinin sınırları vardır, ancak bazı düzeylerde görevleri benzer yollarla yerine getirirler.
Her ikisi de çeşitli işlemleri gerçekleştirmek için elektrik voltajının gücünü kullanır. Bilgisayarlarda bu, elektronların transistör adı verilen kesişme noktalarından oldukça basit bir akışı şeklindedir.
Nöronlarda sinyal, sodyum, klorür ve potasyum gibi yüklü parçacıkların değişimini sağlayan kanalların açılıp kapanması dalgası biçimindedir. Akan iyonların bu darbesine aksiyon potansiyeli denir.
Nöronlar, transistörler yerine bu mesajları dendrit adı verilen dalların ucunda kimyasal olarak yönetir.
Humboldt Üniversitesi'nden sinir bilimci Matthew Larkum, Ocak 2020'de Amerikan Bilimi İlerletme Derneği'nde Walter Beckwith'e şunları söyledi:
"Dendritler beyni anlamanın merkezinde yer alıyor çünkü tek nöronların hesaplama gücünü belirleyen şeyin merkezinde yer alıyorlar."
Dendritler sinir sistemimizin trafik ışıklarıdır. Bir aksiyon potansiyeli yeterince önemliyse, mesajı bloke edebilecek veya iletebilecek diğer sinirlere aktarılabilir.
Bu, beynimizin mantıksal temelleridir. Kolektif olarak iki biçimde iletilebilen voltaj dalgaları: ya bir VE mesajı (eğer x ve y tetiklenirse mesaj iletilir) veya bir VEYA mesajı (eğer x veya y tetiklenirse mesaj iletilir).
Bu durumun hiçbir yerde insan merkezi sinir sisteminin yoğun, buruşuk dış kısmındaki kadar karmaşık olmadığı tartışılabilir; serebral korteks. Daha derindeki ikinci ve üçüncü katmanlar özellikle kalındır; duyum, düşünce ve motor kontrolle ilişkilendirdiğimiz üst düzey işlevleri yerine getiren dallarla doludur.
Araştırmacıların yakından incelediği bu katmanlardan gelen dokular, hücreleri somatodendritik yama kelepçesi adı verilen bir cihaza bağlayarak her bir nörona aktif potansiyelleri yukarı ve aşağı göndererek sinyallerini kaydetti.
Larkum, "Dendritik aksiyon potansiyellerini ilk kez gördüğümüzde bir 'eureka' anı yaşandı" dedi.
Herhangi bir keşfin epilepsi hastalarına özgü olmadığından emin olmak için, beyin tümörlerinden alınan bir avuç örnekteki sonuçları iki kez kontrol ettiler.
Ekip benzer deneyleri fareler üzerinde de yapmış olsa da, insan hücrelerinde gözlemledikleri sinyal türleri çok farklıydı.
Daha da önemlisi, hücreleri tetrodotoksin adı verilen bir sodyum kanal blokeri ile dozladıklarında yine de bir sinyal buldular. Sadece kalsiyumun bloke edilmesiyle her şey sessizleşti.
Kalsiyumun aracılık ettiği bir aksiyon potansiyeli bulmak yeterince ilginçtir. Ancak bu hassas yeni sinyal türünün korteksteki çalışma şeklini modellemek bir sürprizi ortaya çıkardı.
Mantıksal AND ve OR tipi işlevlere ek olarak, bu bireysel nöronlar, yalnızca başka bir sinyal belirli bir şekilde derecelendirildiğinde bir sinyale izin veren 'özel' OR (XOR) kesişimleri olarak hareket edebilir.
Araştırmacılar, "Geleneksel olarak XOR operasyonunun bir ağ çözümü gerektirdiği düşünülüyordu" diye yazdı.
dCaAP'lerin tüm nöronlarda ve canlı bir sistemde nasıl davrandığını görmek için daha fazla çalışma yapılması gerekiyor. Bunun insan kaynaklı olup olmadığından ya da benzer mekanizmaların hayvanlar aleminin başka yerlerinde de evrimleştiğinden bahsetmiyorum bile.
Teknoloji aynı zamanda daha iyi donanım geliştirme konusunda ilham almak için kendi sinir sistemimize de bakıyor; kendi hücrelerimizin birkaç numaraya daha sahip olduğunu bilmek, transistörlerin ağlanmasında yeni yollara yol açabilir.
Tek bir sinir hücresine sıkıştırılan bu yeni mantık aracının tam olarak nasıl daha yüksek işlevlere dönüştüğü gelecekteki araştırmacıların cevaplaması gereken bir sorudur.
