Nöronlar duyusal bilgileri işlemek ve çevreyi anlamak için sürekli karmaşık hesaplamalar yapar. Bir sesin yerini veya bir hareketin yönünü saptamak için tek bir nöronun iki sinyal için çarpma işlemi yaptığı düşünülmektedir. Ancak böyle bir hesaplamanın nasıl yapıldığı yıllardır bir sır olarak kalmıştır. Araştırmacılar şimdi meyve sineklerinde belirli bir nöron tipinin gelen iki sinyali çarpmasını sağlayan bir biyofiziksel temel saptadılar. Bu beyindeki sayısız sürecin altında yatan hesaplamaya ilişkin önemli bir bilgi sağlamaktadır.
Nesneleri ve hareket ettikleri yönü kolayca tanırız. Beyin, bu bilgiyi retinamız tarafından algılanan ışık yoğunluğu değişikliklerine dayanarak hesaplar. Bu hesaplama her bir nöron tarafından yapılmaktadır. Fakat nöronların hesaplama yapması ne anlama geliyor? İletişim halindeki sinir hücrelerinin oluşturduğu bir ağda, her hücre gelen sinyallere dayanarak giden sinyalini hesaplamak zorundadır. Bazı sinyal türleri uyarılacak ve bazıları bastırılacaktır. Teorik modeller, hareketi görmenin iki sinyalin çarpılmasını gerektirdiğini varsayar, ancak bu tür aritmetik işlemlerin tek nöron düzeyinde nasıl gerçekleştirildiği daha önce bilinmemekteydi. Max Planck Biyolojik Zeka Enstitüsü Alexander Borst bölümünden araştırmacılar bu bulmacayı belirli bir nöron türünde çözmüştür.
T4 hücrelerinden kayıt
Bilim insanları, meyve sineğinin görsel sistemindeki T4 hücrelerine odaklanmıştır. Bu nöronlar görsel harekete yalnızca belirli bir yönde tepki vermektedir. Baş yazarlar Jonatan Malis ve Lukas Groschner, T4 hücrelerinin hem gelen hem de giden sinyallerini ilk kez ölçmeyi başardılar. Bunu yapmak için, nörobiyologlar hayvanı minyatür bir sinemaya yerleştirdiler ve nöronların elektriksel aktivitelerini kaydetmek için küçük elektrotlar kullandılar.
Bilgisayar simülasyonları ile birlikte veriler, bir T4 hücresinin aktivitesinin sürekli olarak inhibe edildiğini ortaya çıkarmıştır. Bununla birlikte, görsel bir uyaran belirli bir yönde hareket ederse, engelleme kısa süreliğine kaldırılmaktadır.Bu kısa zaman penceresi içinde gelen bir uyarıcı sinyal güçlendirilir: Matematiksel olarak, sürekli engelleme bölme işlemine eşdeğerdir; inhibisyonun kaldırılması çarpma işlemi ile sonuçlanır.
T4 hücresinin çarpma işlemi yeteneği yüzeyindeki belirli bir reseptör molekülüne bağlıdır. Meyve sineklerinin yürüyüş yörüngelerini sanal gerçeklik düzeninde analiz eden yardımcı yazar Birte Zuidinga 'Bu reseptörden yoksun hayvanlar görsel hareketi yanlış algılıyor ve davranış deneylerinde istikrarlı bir rotayı sürdüremiyorlar. Bu, bu tür bir hesaplamanın hayvanın davranışındaki önemini göstermektedir' demiştir. Alexander Borst, 'Şimdiye kadar, nöronların temel aritmatiği hakkındaki anlayışımız oldukça eksikti. Ancak, meyve sineğinin nispeten basit beyni bu zor bulmacanın iç yüzünü kavramak için bize yardımcı oluyor' diye eklemiştir. Araştırmacılar, benzer nöronal hesaplamaların seslerin yerini saptama, dikkati bir noktaya odaklama veya kendimizi konumlandırma gibi yeteneklerimizin altında yattığını varsaymaktadır.
How a single nerve cell can multiply, ScienceDaily, Feb 2022+ Tüm Referansları Göster