Yüzyıllık Bir Beyin Dalgası Gizemi Çözüldü.

Yale Bilim İnsanları Yüzyıllık Bir Beyin Dalgası Gizemini Çözdü

Yale’li araştırmacılar, gamma dalgalarının kökenini ve davranışı nasıl şekillendirdiğini ortaya çıkardı. Bu keşif, şizofreni, bipolar bozukluk ve Alzheimer gibi durumlarda bozulan bu beyin ritimlerinin anlaşılması ve nörodejeneratif hastalıklar için erken bir biyobelirteç geliştirilmesi yolunu açabilir.

Yale bilim insanları, gamma beyin dalgalarının kaynağını talamus ve korteks arasındaki etkileşimlere kadar takip etmeyi başardı. Bu buluş, beyin ritimlerinin algıyı ve hastalıkları nasıl şekillendirdiğini açığa çıkarabilir.

Yüzyılı Aşkın Bir Gizem

Bilim insanları, beyindeki senkronize nöronal aktivitenin ritmik dalgalarını yüzyıldan uzun bir süredir gözlemliyordu. Şimdi, Yale Üniversitesi’ndeki araştırmacılar ilk kez, gamma dalgaları olarak bilinen bu aktivitenin belirli bir türünün nereden kaynaklandığını tespit etti ve doğrudan davranışla bağlantılandırdı.

Ekip, beyin aktivitesini ölçmek için geliştirdiği yüksek hassasiyetli yeni bir yöntem sayesinde, bu salınımların bilgi işleme ve davranış kontrolüne nasıl katkıda bulunduğuna dair net bir anlayışı engelleyen uzun süredir devam eden teknik engellerin üstesinden geldi.

Bulgular yakın zamanda Nature dergisinde yayımlandı.

Beklenmedik Bir Keşfin Peşinde

Çalışmanın kıdemli yazarı ve Yale Tıp Fakültesi’nde nörobilim profesörü olan Jessica Cardin, PhD, başlangıçta bu konuya geri dönmeyi planlamıyordu. Doktora sonrası araştırmacıyken, gamma dalgalarının yapay olarak beyinde tetiklenebileceğini göstermişti, ancak onların işlevini test etmek için “mükemmel deneyi” yapmanın neredeyse imkansız olduğunu düşünüyordu.

Nörobilimde, bir gen, protein veya nöral ritim gibi bir ögenin rolünü belirlemek tipik olarak onu bozmak ve sonuçları gözlemlemeyi içerir. Ancak bu yaklaşım beyin salınımları için işe yaramaz.

Cardin, “Sorun her zaman şu oldu: Bir salınım veya aktivite modeli gibi bir şeyi, çevredeki beyin devresindeki her şeyi etkilemeden kapatamazsınız,” diyor. “Bu yüzden kendi laboratuvarımı kurduğumda, bu alanda asla çalışmayacağımızı düşünmüştüm.”

Bu durum, çalışmanın ilk yazarı olan doktora sonrası araştırmacılarından Quentin Perrenoud, PhD’in, bir davranışsal görev sırasında bilginin beyinde nasıl hareket ettiğini takip ederken topladığı ilginç verileri sunmasıyla değişti. Sonuçlar, gamma dalgalarının davranışı öngörüyor olabileceğini gösterdi. Ekip, bu kanıttan cesaret alarak ipucunun peşine düştü ve sonunda, bu beyin ritimlerinin nasıl ortaya çıktığına dair uzun süredir devam eden varsayımlara meydan okuyan bulgulara ulaştı.

Cardin, “Tam olarak mükemmel bir deney değil, ancak şimdiye kadar yapabildiğimiz herhangi bir deneyden çok daha yakını,” diye ekliyor.

Gamma Aktivitesi Talamus ve Korteks Arasındaki Etkileşimden Doğar

Araştırma ekibi, çalışmayı gerçekleştirmek için gamma dalgalarını ölçmek için yeni, oldukça ayrıntılı bir yöntem geliştirdi. Bu beyin salınımlarının bir zamanlar kesintisiz, düzgün bir ses dalgasının yükselişi ve alçalışı gibi olduğuna inanılıyordu. Ancak daha yeni kanıtlar, gamma aktivitesinin sabit bir akış halinde meydana gelmek yerine, kısa ve aralıklı patlamalar halinde ortaya çıktığını gösteriyor.

Bu kavram üzerine inşa eden araştırmacılar, görsel bilgiyi işleyen beyin bölgesi olan görsel korteksteki 16 ayrı noktada nöronal aktiviteyi kaydetti. Bu, gamma aktivitesinin hem uzamsal hem de zamansal dinamiklerini daha yüksek hassasiyetle yakalamalarını sağladı. Daha sonra kayıtları, her biri bir dalganın tek bir tepe noktasından çukura ve tekrar tepe noktasına olan döngüsünü temsil eden ayrı gamma olaylarına ayırdılar.

Eğer gamma aktivitesi gerçekten sürekli bir salınım gibi davransaydı, tüm bu ayrık olayları birleştirmek, kaydedilen beyin bölgeleri boyunca hareket eden kesintisiz bir dalga modeli üretirdi.

Cardin, “Ancak bu olayların birlikte, küçük patlamalar halinde veya tek başlarına gerçekleşebileceği ortaya çıktı,” diyor. “Uzun bir dizi halinde gerçekleşmiyorlar.”

Araştırmacıların CBASS (Duruma ve Spektro-zamansal Özelliğe Göre Bant Sınırlı Aktiviteyi Kümeleme) adını verdiği bu yaklaşım, gamma aktivitesini incelemek için diğer tekniklere kıyasla çok daha yüksek bir hassasiyet sunuyor.

Cardin, “Bu bize çok ince zamanlama yapmamıza ve bu kısa olayları net bir şekilde tanımlamamıza olanak tanıyor, bu da onları ilginç anlarda, örneğin bir hayvan bir karar verirken, büyük bir kesinlikle eşleştirebileceğimiz anlamına geliyor,” diye açıklıyor. “Bu, olayları hayvanın davranışına, şimdiye kadar sahip olduğumuzdan çok daha kesin bir şekilde eşleyebileceğimiz anlamına geliyor.”

Gamma aktivitesinin nereden kaynaklandığı konusuna gelince, iki farklı düşünce okulu bulunuyor. Mevcut kanıtların çoğu, gamma aktivitesinin kortekste üretildiği fikrini desteklemişti. Ancak bazı araştırmalar, korteksin bu aktiviteyi beynin başka bir yerinden, örneğin kortekse çok fazla duyusal ve motor bilgi gönderen talamustan miras aldığını öne sürmüştü.

Cardin, “Bu yeni yöntemle, verilerimiz her ikisinin de yanlış olduğunu ve bu aktivitenin talamus ve korteks arasındaki bir etkileşimden kaynaklandığını gösteriyor. Gamma, talamus kortekse girdi gönderdiğinde dinamik olarak ortaya çıkıyor ve burada güçlendiriliyor,” diyor.

Talamustan Gelen Sinyallerin Bozulması Davranışı Etkiliyor

CBASS’ın hassasiyeti, aynı zamanda araştırmacılara, tüm beyni etkilemeyen bir şekilde bu aktivite modellerini bozma, yani çok aranan “sistemi kırma” yeteneğini de verdi.

Bunu yapmak için araştırmacılar önce fareleri bir görsel görev üzerine eğitti. Fareler, yalnızca belirli bir görsel uyaran gösterildiğinde bir su çeşmesini yaladıklarında ödül alıyorlardı. Daha sonra, araştırmacılar talamusun kortekse gönderdiği sinyalleri bozarak, bu sayede korteksteki gamma aktivitesini de bozdular.

Bu gamma bozulması, farelerin görsel görevde çok daha kötü performans göstermesine neden oldu. Ardından araştırmacılar tam tersi bir yaklaşım benimseyerek yapay olarak gamma aktivitesi başlattılar.

Cardin, “Görsel uyaranı algılayan farelerden gamma aktivitesini kaydettik ve daha sonra bunu diğer farelerin beynine ‘geri oynattık’. Bunu yaptığımızda, fareleri bir uyaran algıladıklarını düşünmeleri konusunda kandırdı,” diyor.

Gelecek Yönelimler: Gamma Aktivitesini Hastalık ve Bilişle İlişkilendirmek

Cardin’in laboratuvarı şimdi, korteksteki gamma aktivitesinin Alzheimer gibi hastalıklar için erken bir biyobelirteç olarak kullanılıp kullanılamayacağını araştırıyor. Talamus ve korteksteki kilit sinyal molekülleri olan asetilkolin ve norepinefrin, bilişle sıkı sıkıya bağlantılıdır ve nörodejeneratif hastalıklarda azalır. Bu nöromodülatör sinyallerin, beyin aktivitesi modelini düzenlediği bilinmektedir.

Kaynak. SciTechdaily
Haber Veriyoruz