Nöronlar arasındaki diyalog, nefes almaktan algılamaya, düşünmeden koşmaya kadar tüm sinir sistemi aktiviteleri için kritik öneme sahiptir. Yine de nöronal iletişim o kadar hızlı ve o kadar küçük bir ölçekte ki, nasıl gerçekleştiğini tam olarak açıklamak son derece zordur.
Özel bir görüntüleme sistemi tarafından etkinleştirilen Deniz Biyolojisi Laboratuvarı’ndaki (MBL) Nörobiyoloji kursundaki bir ön gözlem, nöronların sinyallerinin “tonunu” modüle ederek birbirleriyle nasıl iletişim kurduklarının net bir şekilde anlaşılmasına yol açtı.
Bir aksiyon potansiyeli oluşturmak için bir nöronu elektrikle çalıştırdılar, ardından nöronu hızla dondurdular ve bir görüntü aldılar. Bu Nature Neuroscience raporunun ilk yeni bulgusu olan birçok sinapsta aynı anda birden fazla vezikülün kaynaştığını gördüler.
Ama dahası vardı. Johns Hopkins’e döndüğümüzde Kusick ve Watanabe, aksiyon potansiyelinden sonra her 3 milisaniyede bir görüntü alarak nörotransmisyon sürecini zap-and-freeze ile yürümeye karar verdiler. İşte o zaman daha da büyük bir soruya yanıt buldular – nöronlar, nörotransmisyon sinyallerinin tonunu nasıl değiştirirler?
Herhangi bir zamanda, yalnızca birkaç sinaptik vezikül “kenetlenmiş” pozisyondadır, yani yüklü ve nörotransmitteri salmaya hazır demektir. Bir aksiyon potansiyelinin hemen ardından, yerleştirilmiş veziküllerin sayısı yüzde 40 azalır, bu nedenle 2 ila 3 aksiyon potansiyelinden sonra, yerleştirilmiş veziküller tükenir. (Yani, daha fazla aksiyon potansiyeli indüklendikçe sinyalleri veya “sesleri” zayıflayacak ve zayıflayacaktır.)
Ancak, bir aksiyon potansiyelini izleyen 14 milisaniye içinde, yeni veziküllerin, nörotransmitteri kaynaştırıp serbest bırakabilen kenetlenmiş havuza hızlı bir şekilde dahil edildiğini ve bu alımın, nörotransmisyonun milisaniye zaman ölçeğinde güçlü veya zayıf olabileceği şekilde geçici olduğunu buldular. Bu, zamansal bir perspektiften eklenen sinirsel iletişime ilk yakından bakış.
Watanabe, “Bunun anlamı, nöronların tonlamalar yoluyla iletişim kurmak için kullandıkları bir mekanizma belirlememizdir” diyor.
Yerleştirilen her kesecik, nöronların herhangi bir anda iletişim için kullanabilecekleri bir kelime gibidir. On yıllardır nöronların bir seferde birkaç kelimeden fazlasını konuşabildiği ve bu kelimelerin tonunu değiştirebildiği biliniyor. Soru nasıl olduğuydu. Nöronların sürekli olarak daha fazla kelime ürettiklerini gösterdik, ancak sadece vezikül sayısını değiştirerek sesi yükseltebilir veya alçaltabilirler. Bir soru soruyorsanız, cümlenin sonunda tonlamayı yükselteceksiniz – nöronlar bunu, gitmeye hazır yerleştirilmiş veziküllerin sayısını değiştirerek yapar. ”
“Zap ve dondurma” elektron mikroskobu teknolojisi, John Heuser, Tom Reese ve diğerleri tarafından geliştirilen ve yaklaşık 50 yıl önce MBL’de nöronların birbirleriyle nasıl iletişim kurduğunu göstermek için kullanılan “donma çarpanı” nın 21. yüzyıl versiyonudur.