NeyinNesi
Nöronların yaklaşık 1 milisaniye süren elektrik sinyalleri, yalnızca ne zaman oluştuğuyla değil, dalga biçimleriyle de bilgi barındırıyor olabilir. Hakem değerlendirmesinden henüz geçmeyen bir ön baskı çalışması, sinyal biçiminin nöronun yakın zamanda aldığı girdiler ve çevresindeki sinirsel etkinlikle bağlantılı olabileceğini gösteriyor.
Kaliforniya Üniversitesi San Diego’dan (UC San Diego) sinirbilimci Bradley Voytek’in de yer aldığı araştırma, nöron etkinliğini yalnızca sinyalin oluşup oluşmadığı üzerinden değerlendirmenin bazı ayrıntıları gözden kaçırabileceğine işaret ediyor.
Elektrik darbelerinin biçimi değişebiliyor
Nöronlar çoğunlukla “aksiyon potansiyeli” adı verilen elektrik darbelerinin ne zaman ve ne sıklıkta ortaya çıktığı incelenerek değerlendiriliyor. Ancak araştırmacılar, yaklaşık 1 milisaniye süren bu darbelerin yükseklik, voltaj düşüş hızı ve başka dalga biçimi özellikleri bakımından farklılaşabildiğini buldu.
Voytek’in ScienceAlert’e aktardığına göre, bir aksiyon potansiyeli uzaktan bakıldığında basit bir sivri uç gibi görünse de yakından incelendiğinde nöronun kısa süre önce yaşadığı elektriksel değişimler hakkında ipucu verebilir. Sinyali yalnızca var ya da yok şeklinde kaydetmek, bu ek ayrıntıları kaybettirebilir.
Bir sinyalin biçiminden uyarım türü ayırt edildi
Çalışmanın ilk bölümünde, görmeyle ilişkili bir beyin bölgesindeki iki fare nöronundan alınan kayıtlar analiz edildi. Hücrelere, giderek yükselen sabit akım ve “pembe gürültü” olarak adlandırılan dalgalı elektriksel uyarımlar dahil olmak üzere farklı girdiler verildi. Hücre içinden kaydedilen elektrik darbelerindeki küçük biçim değişiklikleri incelendi.
Nöronlardan biri için eğitilen makine öğrenmesi modeli, yalnızca sinyal biçimine bakarak üç uyarım türünü yüzde 78,4 doğrulukla ayırdı. İkinci nörondan elde edilen kayıtlar aynı analize yetecek düzeyde değildi.
Sinyal biçimi, girdinin gücü ve değişkenliği konusunda da bilgi taşıyordu. Araştırmacılar, bu bilginin bir bölümünün elektrik darbesinden yaklaşık yarım saniye öncesine kadar uzanabildiğini belirtti.
Aynı hücre farklı biçimlerde sinyal üretebiliyor
İkinci bölümde sıçan beyinlerinden alınan kayıtlar incelendi. Bu deneylerde belirli bir elektriksel uyarım uygulanmadı; kendiliğinden etkin olan nöronlara bakıldı. İncelenen 40 nöronun 30’unda, aynı hücreden gelen sinyallerin birden fazla belirgin biçim grubuna ayrıldığı görüldü.
Az sayıdaki bazı nöronda biçim farkı öylesine belirgindi ki, aynı hücreden gelen sinyaller birbirinden farklı nöronların sinyalleri kadar değişik görünebiliyordu. Hücrelerin çoğunda ise farklılık daha sınırlıydı.
Araştırmacılar sinyal biçimlerini nöron çevresindeki elektriksel etkinlikle de karşılaştırdı. Çoğu hücrede sinyal biçimi, yakın çevredeki elektriksel sinyalin gücünü, iki sinyal arasındaki zaman aralığından daha iyi tahmin etti. İstatistiksel ilişki hücrelerin yüzde 87 ila 90’ında görüldü; ancak tahmin gücü genellikle sınırlı kaldı.
İlişkinin en güçlü olduğu seçilmiş bir hücrede sinyal biçimleri, yakındaki elektriksel etkinlik ölçümündeki değişimin yaklaşık yüzde 64’ünü açıklıyordu. Araştırmacılar, bunun tek bir hücreye ait bir sonuç olduğunu ve hücrelerin çoğunda ilişkinin çok daha zayıf kaldığını vurguladı.
Sinyal biçimi başka nöronlara bilgi aktarıyor mu?
Çalışma, nöronların elektrik sinyallerinin biçimini başka hücrelere bilgi iletmek için değiştirip değiştirmediği sorusunu yanıtlamıyor. Voytek de elde edilen verilerin, sinyal biçiminin diğer nöronlara bilgi taşıyıp taşımadığını doğrudan göstermediğini belirtti. Bulguların ortaya koyduğu temel bağlantı, sinyal biçiminin nöronun yakın zamanda aldığı girdiler ve çevresindeki elektriksel etkinlikle ilişkili olması.
Araştırmacılar önceki çalışmaların, elektrik darbesinin genişliğindeki değişimlerin nörona giren kalsiyum miktarını ve bunun diğer hücrelere aktarımını etkileyebileceğine işaret ettiğini aktardı. Ancak bu olası mekanizmanın mevcut çalışmada gözlenen değişimlerle ilişkisi henüz sınanmadı.
Bulguların kapsamı için yeni araştırmalar gerekli
Çalışmanın başlıca sınırlılıklarından biri, farklı elektrik akımlarıyla yapılan deneylerin yalnızca iki nörondan alınan kayıtlara dayanması. Kayıtların başlangıçta başka araştırmalar için toplanmış olması da sonuçların kapsamını daraltıyor. Bu nedenle sinyal biçimindeki değişimlerin beynin başka bölgelerinde ve farklı nöron türlerinde ne kadar yaygın olduğu bilinmiyor.
Bulgular, beyin kayıtlarının değerlendirilmesinde sinyallerin zamanı ve tekrar sıklığının yanı sıra biçiminin de dikkate alınabilecek ek bir bilgi kaynağı olduğunu gösteriyor. Ön baskı çalışma bioRxiv’de yayımlandı.
