Yeni bir araştırmaya göre, insan nöronları, diğer memelilerin nöronlarına kıyasla, beklenenden daha düşük iyon kanalları yoğunluğuna sahiptir. Araştırmacılar, daha düşük kanal yoğunluğunun insan beyninin daha verimli çalışmasına yardımcı olmak için geliştiğini varsayıyor.
Nöronlar, potasyum ve sodyum gibi iyonların akışını kontrol eden iyon kanalları tarafından üretilen elektriksel impulsler aracılığıyla birbirleriyle iletişim kurar. MIT (Massachusetts Institute of Technology) sinirbilimcileri insan nöronlarında diğer memelilerin nöronlarına kıyasla, bu kanallardan beklenenden çok daha az sayıda olduğunu göstermiştir. MIT McGovern Beyin Araştırmaları Enstitüsü'nün bir üyesi olan beyin ve bilişsel bilimler doçenti Mark Harnett, ‘Beyin, iyon kanallarının yoğunluğunu azaltarak enerji tasarrufu yapabiliyorsa, bu enerjiyi diğer nöronal veya devre süreçlerine harcayabilir' demiştir.
Harnett ve meslektaşları, türünün en kapsamlı elektrofizyolojik çalışması olarak 10 farklı memeliden alınan nöronları analiz ettiler ve insanlar dışında baktıkları her tür için geçerli olan bir 'yapı planı' belirlemişlerdir. Nöronların boyutu arttıkça nöronlarda bulunan kanalların yoğunluğunun da arttığını bulmuşlardır. Bununla birlikte, insan nöronları bu kuralın çarpıcı bir istisnası olduğunu kanıtlamıştır. Nature dergisinde yayınlanan çalışmanın baş yazarı ve eski MIT yüksek lisans öğrencisi Lou Beaulieu-Laroche, 'Önceki karşılaştırmalı araştırmalar, insan beyninin diğer memeli beyinleri gibi yapılandığını ortaya koymuştu, bu yüzden insan nöronlarının özel olduğuna dair güçlü kanıtlar bulmak bizi şaşırttı' demiştir.
Bir yapı planı
Memeli beynindeki nöronlar, diğer binlerce hücreden elektrik sinyalleri alabilir ve bu girdiler aksiyon potansiyeli adı verilen bir elektrik impulsünü ateşleyip ateşlemeyeceklerini belirler. 2018'de Harnett ve Beaulieu-Laroche, insan ve sıçan nöronlarında, özellikle nöronun dendritler olarak adlandırılan ve diğer hücrelerden girdi alan ve işleyen ağaç benzeri uzantılarında olmak üzere bazı elektriksel farklılıklar olduğunu keşfettiler.
Bu çalışmanın bulgularından biri, insan nöronlarının, sıçan beynindeki nöronlardan daha düşük iyon kanalları yoğunluğuna sahip olmasıydı. Araştırmacılar, iyon kanalı yoğunluğunun genellikle türler arasında sabit olduğu varsayıldığından bu gözlem karşısında şaşırdılar. Harnett ve Beaulieu-Laroche, yeni çalışmalarında, iyon kanallarının ekspresyonunu yöneten herhangi bir model bulup bulamayacaklarını görmek için birkaç farklı memeli türündeki nöronları karşılaştırmaya karar verdiler.
Cüce sivri fare (bilinen en küçük memelilerden biri), gerbil, fare, sıçan, ginepig, dağ gelinciği, tavşan, marmoset ve makak yanı sıra epilepsi ameliyatlarında hastalardan alınan insan beyin dokusu olmak üzere 10 memeli türünden beyin dokusu elde edebildiler. Araştırmacılar, inceledikleri hemen hemen her memeli türünde, nöronların boyutu arttıkça iyon kanallarının yoğunluğunun arttığını buldular. Bu modelin tek istisnası, beklenenden çok daha düşük iyon kanalları yoğunluğuna sahip olan insan nöronlarındaydı.
Harnett, türler arasında kanal yoğunluğundaki artışın şaşırtıcı olduğunu, çünkü ne kadar çok kanal varsa, hücrenin içine ve dışına iyonları pompalamak için o kadar fazla enerji gerektiğini söylüyor. Ancak, araştırmacılar korteksin toplam hacmindeki kanalların sayısı hakkında düşünmeye başlayınca bu mantıklı olmaya başladı demiştir. Harnett, 'Bu yapı planı, dokuz farklı memeli türünde tutarlıdır. Korteksin yapmaya çalıştığı şey, tüm türlerde birim hacim başına iyon kanallarının sayısını aynı tutmaktır. Bu, belirli bir korteks hacmi için, enerji maliyetinin en azından iyon kanalları için aynı olduğu anlamına gelir.' yorumunda bulunmuştur.
Enerji verimliliği
Bununla birlikte, insan beyni bu yapı planından çarpıcı bir sapmayı temsil ediyor. Araştırmacılar, insanlardaki düşük iyon kanalı yoğunluğunun iyon pompalamak için daha az enerji harcamanın bir yolu olarak evrimleşmiş olabileceğine inanıyor; bu da beynin bu enerjiyi nöronlar arasında daha karmaşık sinaptik bağlantılar oluşturmak veya daha yüksek oranda aksiyon potansiyellerini ateşlemek gibi başka işler için kullanmasına izin veriyor. Harnett şimdi bu ekstra enerjinin nereye gidebileceğini ve insan korteksindeki nöronların bu yüksek verimliliğe ulaşmasına yardımcı olan spesifik gen mutasyonlarının olup olmadığını araştırmayı umuyor. Ayrıca insanlarla daha yakından ilişkili olan primat türlerinin iyon kanalı yoğunluğunda benzer düşüşler gösterip göstermediğini araştırmakla da ilgileniyor.
Striking difference between neurons of humans and other mammals, Science Daily, November 10, 2021+ Tüm Referansları Göster