Anne karnındaki bebekler düşündüğümüzden daha fazlasını görüyor

Gelişmekte olan retinadaki -gözün arkasındaki ince beyin dokusuna benzer doku tabakasının- ışığa duyarlı hücrelerin, muhtemelen ebeveynlerin bebeklerinin sürdürmesini umdukları 24 saatlik gündüz-gece ritmini ayarlama işlevi gören basit birer açma-kapama düğmesi olduğu düşünülüyordu.

Kaliforniya Berkeley Üniversitesi’nden (UC Berkeley) bilim insanları, şimdi bu basit hücrelerin aslında bundan daha fazla ışık duyarlılığı sağlayan başka bir retinayla birbirine bağlı bir ağın parçası olarak haberleştiğine ve bu davranışın umulmadık bir şekilde ışığın beyin gelişimi üzerindeki etkisini artırabileceğine ilişkin kanıtlar buldular.

Gelişmekte olan gözde, -retinadaki optik sinir aracığıyla beyne mesaj gönderen- ‘ganglion’ hücrelerinin tahminen yüzde 3’ü ışığa duyarlıdır ve araştırmacılar bugüne dek bu hücrelerin beyindeki farklı bölgelerle iletişim kuran yaklaşık altı farklı alt tipini buldular. Bazıları beden saatimizi gündüz-gece döngüsüne uyarlamak için ‘suprachiasmatic nucleus’ (SCN / üst kiyazmatik çekirdek )* ile haberleşir. Diğerleriyse, gözbebeklerimizin parlak ışıkta küçülmesini sağlayan bölgeye sinyaller gönderirler.

RUH HALİMİZİ DE BELİRLİYOR

Bununla birlikte, bazı diğer hücreler ruh halini düzenleyen ‘perihabenula’ ve duygularla bağlantılı olan ‘amigdala’ gibi şaşırtıcı bölgelere bağlanır.

Ulaşılan son kanıtlar, farelerde ve maymunlarda, bu ganglion hücrelerinin, ‘ara bağlantılar’ (ing. gap junctions) adı verilen elektrik bağlantıları aracılığıyla birbirleriyle konuştuğunu ve henüz erişkin olmayan kemirgen ve primatların gözlerinde, beklenenden çok daha karmaşık bir yapı bulunduğunu gösteriyor. UC Berkeley’de Moleküler ve Hücresel Biyoloji Profesörü ve Current Biology dergisinde yayınlanan makalenin kıdemli yazarı olan Marla Feller, “Bu ganglion hücrelerinin çeşitliliğini ve (ışığı/ç.n.) beynin birçok farklı bölümüne yansıttıklarını göz önüne bulundurduğumuzda, retinanın beyne bağlanmasında bir rol oynayıp oynamadıklarını merak ediyorum,” diyor. “Belki görsel devreler için değil de görme dışındaki davranışlar için bu böyledir. Yalnızca gözbebeğindeki ışık refleksi ve günlük ritimleri değil, ışığın tetiklediği migren gibi sorunları ya da depresyona karşı ışın tedavisinin neden işe yaradığını da açıklıyor.”

GELİŞME AŞAMASINDAKİ RETİNADA PARALEL SİSTEMLER

‘Doğası gereği ışığa duyarlı retina ganglion hücreleri’ (ipRGCs) diye adlandırılan hücreler, sadece 10 yıl önce, tıpkı yaklaşık 20 yıldır gelişmekte olan retina üzerinde çalışan Feller’in buldukları gibi beklenmedik biçimde keşfedildi. Kendisinin danışmanı olanı Stanford Üniversitesi’nden Carla Shatz ile birlikte, gelişim sırasında gözdeki – retinal dalgalar olarak adlandırılan- spontan (anlık) elektriksel aktivitenin görüntüleri işlemek için doğru beyin ağlarını kurmada hayati bir öneme sahip olduğunu göstermede daha sonraları önemli bir rol oynadı.

Gelişmekte olan retinada, spontan retina dalgalarına paralel olarak işlev gören ipRGCs’ye olan ilgisi bundan ötürüydü. Paul Licht Biyoloji Bilimleri’nde Kıdemli Profesör ve UC Berkeley’deki Helen Wills Nörobilim Enstitüsü’nün bir üyesi olan Feller, “Gelişim sürecindeki bu noktada (fare yavruları ve insan fetüsünün) kör olduklarına inanıyorduk,” diyor. “Ganglion hücrelerinin gelişmekte olan gözde var olduğunu, beyne bağlı olduklarını ama bu aşamada retinanın geri kalanının çoğuna gerçek anlamda bağlı olmadıklarını düşünüyorduk. Şimdiyse birbirlerine bağlı oldukları ortaya çıktı ve bu şaşırtıcı bir bulgu.”

UC Berkeley’de yüksek lisans öğrencisi olan Franklin Caval-Home, bir yenidoğan farenin retinasındaki altı tip ipRGC’nin, araştırmacıların bulduğu ve sadece ışığı algılamakla kalmayan, aynı zamanda yaklaşık bir milyar kat farklılık gösterebilen ışık yoğunluğuna da tepki veren retinal bir ağ oluşturmak ve elektriksel olarak bağlandığını göstermek amacıyla iki fotonlu kalsiyum görüntülemeyi, tam hücre elektriksel kaydını, farmakolojiyi ve anatomik teknikleri birleştirdi.

YENİ BİLGİLERE KAPI ARALIYOR

Ara bağlantı devreleri, bazı ipRGC alt tiplerinde ışık hassasiyeti açısından kritik önemdeyken diğer bazıları için değildi ve hangi ipRGC alt tiplerinin ışığın tetiklediği belirli görsel olmayan davranışlar için sinyal görevi gördüğünün belirlenmesi noktasında potansiyel bir olanak sundu. Caval-Holme, “Yavruların çok erken dönemde geliştirdiği ışık hassasiyeti/hoşnutsuzluğu, ışığın yoğunluğuyla ilgili,” diyor. “Yenidoğan retinasındaki bu ipRGC alt tiplerinden hangisinin davranışa katkıda bulunduğunu bilmiyoruz; bu nedenle, tüm bu farklı alt tiplerin hangi rolü üstlenmiş olduğunu görmek çok ilgi çekici olacak.”

Feller ayrıca, araştırmacıların, devrenin kendisini ışık yoğunluğuna uyum sağlayacak şekilde ayarladığına ilişkin kanıtlara ulaştıklarını ve bunun da büyük ihtimalle gelişim sürecinde önemli bir rolü olduğunu söylüyor. “Daha önce insanlar ışığa duyarlı bu hücrelerin retinadaki kan damarlarının gelişimi ve ışığın gündelik/döngüsel ritimlere dahil olması gibi meseleler açısından önem taşıdığını ispatladı; fakat bunlar bir tür ışığa ihtiyaç olan veya olmayan durumlarda açma-kapama işlevinden ibaretti,” diyor. “Mevcut durumdaysa, aslında, birçok farklı ışık yoğunluğu için kodlama yaparak insanların daha önce düşündüklerinden çok daha fazla bilgiyi kodlamaya çalışıyorlar gibi görünüyor.”

*’Suprachiasmatic nucleus’ veya nuclei (SCN), beynin hipotalamus bölgesinde, doğrudan optik kiazmın yukarısında bulunan beynin küçük bir bölgesidir. Beyinde nöronların günlük işlevini devam ettiren bölgedir. Nöronal ve hormonal aktiviteler, 24 saatlik bir döngüde, yaklaşık 20.000 nöron kullanarak birçok farklı işlevi düzenler.