Miyelin Kılıf Görevi
kaynağı değiştir]
Miyelin kılıf, sinir hücresinde (nöronda) bulunur. Nöronun çevresini bir yağ tabakası şeklinde sarar. Beyaz renktedir. İmpulsların (uyarıların) daha hızlı bir şekilde iletilmesini sağlar. Duyu sinirleri miyelin kılıf bulundururlar. Aksonun üzerinde yalıtkan bir madde olarak bulunurlar.
Miyelin kılıf, merkezi ve çevresel sinir sistemlerindeki sinir hücrelerinde uyartıların hızını artıran, uyartı eşiğini düşüren, bunları sinir hücresinin çapıyla doğru orantıyla yapan, lipit ve proteinden oluşan bir dokudur.
Miyelinin bileşikleri[değiştir Miyelin
Miyelin, tabaka biçiminde yalıtkan bir malzemedir. Miyelinli, etrafı Schwann hücreleri tarafından sarılmış olan aksonları tanımlamak için kullanılan bir terimdir. Miyelin kılıf genellikle bir sinir hücresinin (nöronun) aksonunu çevreler. Sinir sisteminin düzgün çalışması için olmazsa olmazlardandır. Nöroglianın bir çıkıntısıdır. Miyelin kılıfın oluşması miyelinizasyon veya miyelinleşme olarak adlandırılır. İnsanda miyelinin oluşması her ne kadar fetus (cenin) gelişiminin 14. haftasında başlasa bile, doğum esnasında beyinde küçük miyelinler vardır. Bebeklik döneminde, miyelinleşme hızlı olur ve ergenlik dönemine kadar devam eder. Schwann hücreleri, çevresel sinir hücreleri için miyelin sağlar. Miyelin, çevresel sinir sisteminde Schwann hücreleri tarafından oluşturulurken, merkezi sinir sisteminde oligodentroglialar (veya oligodentrositler) tarafından oluşturulur.
Miyelin kılıf[değiştir İnsan Sinir Sistemi-3
MERKEZİ SİNİR SİSTEMİNİN İNCE YAPISI
Sinir sisteminin ana işini yürüten hücreler, nöron (=sinir hücresi) denen özel hücrelerdir. Bu hücreler, istisnaları olmak üzere, bir gövde, ağaç gibi yan dallar (dendritler) ve bir de, bazen dallanabilen ve hücrenin “kararlarını” diğerlerine ileten, tek bir uzantı (akson)dan oluşurlar. Nöronlar, görevleri ve bulundukları yerlere göre çok değişik şekil ve kimyasal içerik farkları gösterirler. Hücrenin gövde kısmında bulunan çekirdek, hücrenin temel işlevlerini belirleyen ve DNA molekülü üzerinde kodlanmış halde bulunan genetik bilgiyi içerir. DNA üzerindeki bilgi, hücrenin bulunduğu ortama, ortamdaki değişimlere ve hücrenin iç çevresine bağlı olarak deşifre edilerek, hücre içi olayların meydana gelmesini sağlar. Bu şifre, bir insanın tüm hücrelerinde aynı olmasına rağmen, farklı hücrelerde farklı kısımları kullanılarak, hücrelerin farklı yapı ve işlev sahibi olmasını mümkün kılar. Çekirdekteki DNA molekülünden ihtiyaç anında çıkan bilgi, ribozom ve endoplazmik retikulum dediğimiz hücre içi organcıklarda, hücrenin işlevlerini düzenleyen proteinler haline çevrilir. Bu proteinler de, hücre içi olayları etkileyerek, hücrenin fonksiyonunu etkilerler.
Sinir hücreleri aynı zamanda birbirleri ile ilişki halindedirler. Bu sıkı ilişki, sinirsel işlevin temelini oluşturan bilgi akışını sağlar. Hücreler arası bu bilgi geçiş noktalarına SİNAPS adı veriyoruz. Sinapslar, değişik tip ve özelliklerde olmalarına karşın, hemen hepsi bilginin iletimi işlevinden sorumludur. Kısacası, nöronlar kendi aralarında bağlantılar kurarak, elektrik devrelerine benzer yollarla iletişim sağlayıp, beyin işlevlerinin ortaya çıkmasını sağlayan ana elemanlardır. Elbette ki, bu elektriksel devre sistemi, herhangi bir insanın hatta bir sinir bilimcinin hayal edebileceği karmaşıklığın çok çok ötesinde bir karmaşıklığa sahiptir.
Genel olarak bir sinir hücresi, gövde ve dendrit (dendron=ağaç; lat.) dediğimiz gövde dalları aracılığıyla diğer hücrelerden gelen verileri “alır”. Bu veriler, hücre içindeki genel duruma ve gelen tüm verilerin toplam etkisine göre, akson dediğimiz, o tek, uzun ve ince uzantı vasıtasıyla, diğer bir hücreye aktarılır. Yani, nöron gövdesini ve gövdenin dallarını minik bir santral, aksonu ise, bilgiyi götüren bir telgraf teli gibi düşünebiliriz. Daha sonra, aksonla gönderilen bu bilgi, o aksonun dalları aracılığıyla bir veya (dallanmalar sayesinde) binlerce sinir hücresine (veya kas ve salgı bezi hücreleri gibi diğer hücrelere) ulaştırılır ve bu hücreler, yine aynı mekanizma ile bu uyarının gerektirdiği işi yaparlar.
Şekil 18. Farklı tipte sinir hücreleri.
Şekil 19. Bir sinir hücresinin gövdesine diğer hücrelerden gelen bağlantıların (mavi) şematik olarak gösterimi (ileri düzeyde basitleştirilmiş ve sadeleştirilmiştir). Şekilde aynı zamanda sinir hücresine yardımcı olan glia hücrelerinin uzantıları da sarı renkle gösterilmekte.
Şimdi bu mekanizmayı biraz hayal etmeye çalışın ve ardından, sadece beyin kabuğu dediğimiz kısımda bulunan 4-5 milyar sinir hücresinin, birbirleriyle yapabilecekleri bağlantıların sayısını hesap edin. İşte vücudumuzda bulunan ve hayal sınırlarını aşan bir organizasyon örneği…
Sinir sisteminde sadece sinir hücreleri bulunmaz. Bunların yanında, kütle olarak merkezi sinir sisteminin yarısını oluşturan ve sayıca da yaklaşık sinir hücrelerinin on katı kadar sayıda bulunan yardımcı hücreler vardır. Bu hücrelere glia hücreleri diyoruz (İngilizce’de yapıştırıcı anlamına gelen glue sözcüğü de aynı kökten gelmektedir). Çeşitli tipleri olmasına karşılık, genel işlevleri, sinir hücrelerinin ve sinir sisteminin fonksiyonunu sürdürmesine yardımcı olmaktır. Oligodendrosit (az uzantılı hücre) denen hücreler de, merkezi sinir sistemi içinde, yan yana ve sıkı bir dizilim içinde seyreden aksonları, yani sinirlerin elektrik kablolarını, birbirlerinden izole eden, myelin kılıf dediğimiz bir kılıf oluşturur. Bu kılıflar, sinir tellerinin her birinin etrafını sararlar ve onların elektriksel olarak izole edilmesini sağlamanın yanında, iletkenliğini de artırırlar. Bir başka glia hücresi olan mikroglia (küçük glia), en küçük glia hücrelerindendir fakat, görevi, sinir sistemini yabancı madde ve mikroorganizmalara karşı korumaktır. Bu hücreler, fagositoz (=hücrenin yemesi) yapar, yani, yabancı maddeleri yiyerek yok ederler.
Şekil 20. Glia hücreleri ve sinir sisteminde diğer sinir hücreleri ile olan ilişkileri (ileri düzeyde basitleştirilmiş). Astrositlerin damarların ve sinir hücrelerinin etraflarını kaplayan uzantılarına dikkat ediniz.
Astrosit (yıldızsı hücre; astroglia) dediğimiz glia hücreleri ise, sinir hücrelerinin beslenmesine ve kimyasal işlemlerine çok önemli yardımlarda bulunur.
Şekil 21. Astrositler tarafından oluşturulan ayakların beyin kılcal damarlarını sarması ve kan beyin bariyeri.
Glia Hücreleri ve Miyelin Kılıf
Sinir sistemimizdeki bir çok sinir hücresinin aksonu miyelin kılıf denen özel bir kılıfla sarılıdır. Miyelin kılıf, oligondrosir ve Schwann hücreleri denen glia hücrelerince yapılan bir izolasyon kılıfıdır. Aynen evlerimizdeki elektrik kablolarının etrafındaki yalıtıcı katmanlar gibi görev gören miyelin, hem sinir iletimi sırasında oluşturulan elektriksel sinyallerin kaybını engeller; hem de çok uzak mesafelere hızlı bir şekilde iletilmelerini sağlar. Miyelin kılıfın iletimi nasıl hızlandırdığını ileride eylem (aksiyon) potansiyeli denen özel potansiyeli tartışırken inceleyeceğiz.
Şekil 22. Miyelin kılıfı oluşturan hücreler. Solda, vücudumuzu sarana sinir tellerinde (periferik sinir sisteminde; P.S.S.) miyelin kılıfı yapan Schwann hücreleri görülüyor. Sağda ise beyin ve omurilikten oluşan olan merkezi sinir sistemimizde (M.S.S.) miyelinleme işini yapan oligondendroglia hücreleri görülmekte.
Son yıllarda glia hücrelerinin sinir sisteminin işlevinde sanılandan çok daha önemli olduklarına dair bir çok çalışma yayınlanmaktadır. Glia hücreleri, başta haberci moleküllerin üretimi ve dönüştürülmesi gibi, sinir sistemlerin işlevleri için vazgeçilmez destekleyici görevler üstlenirler. Bunun yanında sinir hücrelerinin madde alış-verişinde bulundukları çevreyi de etkileyip değiştirerek, onların işlevlerinde belirgin değişikliklere yol açabilmektedirler. Hatta kimi araştırıcılara göre, bilincin oluşumu, epileptik süreçler ve diğer geniş hücre topluluklarını ilgilendiren olaylarda glia hücreleri, sinir hücrelerine göre çok daha önemli roller oynayabilmektedir. Sinirbilimlerinin gelişmesi ile birlikte şimdiye kadar hep arka planda kalmış olan bu hücrelerin daha etkin rollerle karşımıza çıkmalarını bekliyoruz. Bu genel yapıyı kısaca inceledikten sonra şimdi biraz daha derine girelim ve sinir hücrelerinin nasıl haberleştiklerine kısaca bakalım.
SİNİR HÜCRELERİ NASIL HABERLEŞİRLER?
Biyoelektrik potansiyellere giriş:
Canlı hücrelerin şaşırtıcı özelliklerinden bir tanesi hücre içi ve dışı arasındaki elektriksel yük farkıdır. Tüm canlı hücrelerde, hücrenin içi ve dışı arasındaki iyon dağılımı dengesiz olduğu için, hücrenin içi her zaman dışarıya göre daha negatif yüklüdür. Bu durum bütün canlı hücrelerin ortak özelliğidir ve “dinlenme zar potansiyeli” olarak bilinir. Bir çok hücrede bu potansiyelin değeri -70 milivolt civarındadır. Bazı hücrelerde değeri değişmekle birlikte, tüm canlı hücrelerin ortak bir özelliğidir.
Şekil 23. Bir sinir hücresinde gözlenen dinlenim zar potansiyeli. Hücrenin içi ve dışı arasındaki potansiyel farkını ölçmeye uygun bir araç kullanıldığında, hücre içinin dışına göre yaklaşık -70 miliVolt daha negatif bir yüke sahip olduğu kolaylıkla gösterilebilir. Bu yük farkının sebebi, hücre içinde potasyum (K) iyonları ile negatif yüklü proteinlerin (Anyonlar; A) bol bulunması; bunun yanında sodyum (Na) iyonlarının ise hücre dışında daha fazla bulunmasıdır.
Sinir ve kas hücreleri gibi hücreler “uyarılabilir hücreler” olarak bilinir. Bunun nedeni, bu hücrelerin normalde sahip oldukları zar potansiyellerini değiştirerek elektriksel dalgalar oluşturabilmeleri ve bunu iletebilmeleridir. Bunu ise zarlarında bulunan özel iyon kanalları yardımıyla, hücre içi ve dışı arasındaki iyon dengelerini geçici olarak değiştirerek yaparlar. Örneğin, hücre yüzeyinde sodyum iyonlarına geçirgen olan kapakların açılması, dışarıda fazla olan sodyumun hücrenin içine geçmesine ve böylece zarın dinlenim potansiyelinin, iyon girişinin olduğu noktada değişmesine neden olur.
Sinir hücreleri çeşitli potansiyeller üretebilir. Fakat bunlardan bir tanesi vardır ki, çok farklı özellikleri olan bir potansiyeldir. Uygun bir uyaran gerçekleştiğinde zarda bulunan hızlı sodyum kanallarının açılması, bazı hücrelerde çok hızlı bir sodyum girişine neden olur ve normalde -70mV gibi bir potansiyele ship olan hücre zarının potansiyelini +30mV’a kadar yükseltir. İşte bu özel potansiyele “eylem (aksiyon) potansiyeli” adı verilir (biyoelektrik potansiyeller ve aksiyon potansiyeli hakkında daha ayrıntılı bilgi için Biyoelektrik Potansiyellere dair ders notlarıma bakabilirsiniz [pdf]). Bu eylem potansiyelleri hücre için oldukça büyük elektriksel dalgalardır ve çok uzak mesafeler boyunca kayıpsız olarak iletilebilme özelliğine sahiptirler. İşte bu potansiyeller, sinir hücrelerinin birbirleriyle haberleşmesini sağlayan ve aynı zamanda sinir hücrelerinin kas ve salgı bezi gibi diğer doku hücrelerine de etki yapmasını sağlayan potansiyellerdir. Sinirbilimlerinde, bir sinir hücresinin eylem potansiyeli oluşturup göndermesi işlemine genellikle “sinirsel ateşleme” (neural firing) adı verilir.
Sinir hücrelerinin oluştruduğu bu eylem potansiyelleri hücrelerin akson dediğimiz uznatıları boyunca iletilir. Potansiyellerin diğer hücrelere aktarılması ise “sinaps” denen özel iletişim bölgeleri sayesinde gerçekleşir.
Sinapslar
Sinapslar, hücreden hücreye bilgi (elektriksel sinyal) geçişinin olduğu yerlerdir. Elektriksel ve kimyasal olarak iki tip sinaps vardır. Elektriksel sinapslar hücreler arasında yerleşmiş iyon geçitlerinden oluşur. Bir hücrede iyon miktarlarında meydana gelen bir değişiklik bu kanallar vasıtasıyla diğer hücrelere aktarılır. Her iki yönde de potansiyelleri aktarma yeteneği olan bu tip sinapslar, daha ziyade kalp kası ve düz kas hücreleri gibi hücrelerin arasında bulunur. Böylece, organın bir yerinde meydana gelen bir değişiklik hızla organın diğer hücrelerine yayılarak, hücrelerin hep birlikte bu uyarana cevap vermesi sağlanmış olur. Sindirim sistemimizdeki kasların birlikte hareketleri veya kalp kasının bir pompa gibi kalbi vücuda pompalaması işte bu işbirliği sayesinde gerçekleşir.
Şekil 24. Elektriksel sinapsların (geçit bağlantıları-gap junctions) şematik görünümü. Yeşil renkte gösterilen kanallar; kırmızı renki hücre zarlarının arasına yerleşerek iki hücre arasında iyonların geçmesine uygun geçitler oluştururlar. Böylece bir hücrede meydana gelen iyon derişimindeki değişiklikler bu kanallar aracılığıyla hızla diğer hücreye de aktarılır.
Elektriksel sinapslar kalp ve diz kas gibi organlarda çok işlevsel olsa da, yön seçiciliğinin olmaması (uyarıyı her yönde iletmeleri) ve yapısal bazı yetersizlikleri nedeniyle beyin işlevlerini yerine getirmek için uygun değildir. Sinir sisteminde bilgi işleme sürecinin esas aktörleri kimyasal sinapslar dediğimiz özel bir iletişim bölgesidir.
Kimyasal Sinapslar
Klasik anlamda bir kimyasal sinaps, sinir hücresinin ürettiği sinyali o hücreden diğerlerine taşıyan aksonun dallarından birinin uç kısmı ile, alıcı hücrenin etrafındaki hücre zarının birbirleriyle yaklaşması sonucu meydana gelir. Evet, gerçekten de hücreler birbirlerine gerçek anlamda temas etmezler. Sadece, çok ince bir aralık bırakacak şekilde yaklaşırlar.
Şekil 25. Kimyasal bir sinapsın genel yapısı (şematik).
Hücrelerin etrafını kaplayan hücre zarı, bu sinaps alanlarında hafif değişiklikler gösterir. Bu değişiklikler, sinapslardan sinyal iletiminin sağlanabilmesi için gereklidir. Kimyasal bir sinapsta, sinyalin bir hücreden diğerine geçişi, nörotransmitter olarak adlandırılan ileti maddeleri aracılığıyla olur. Bu ileti maddeleri, iletinin geldiği kaynak (presinaptik=sinaps öncesi) hücrenin aksonunun ucundan salgılanır. Bu salgılanma, elektriksel uyarının aksonun ucuna gelmesi sayesinde olur. Salgılanan bu ileti maddeleri, sinapsı oluşturan o iki hücre arasındaki ince aralığa salgılanmaktadır. Bu salgılanmayı takiben, çok hızlı bir şekilde, bu ileti maddeleri, karşıdaki hedef (postsinaptik=sinaps sonrası) hücrenin zarı üzerindeki uygun algaç (reseptör) moleküllerine bağlanırlar. İşte bu bağlanma, sebep olduğu çeşitli kimyasal olaylar sonucu, yeni hücrede bir elektriksel sinyalin doğmasına sebep olur. Çeşitli sinapslardan gelen verilerin toplanması veya bir sinapstan ardı ardına birkaç sinyalin yeni hücreye geçirilmesi ise, yüksek bir elektriksel potansiyel doğurur. Bu potansiyel, aksiyon potansiyeli adını alır ve işte bu potansiyel, diğer hücrelere aktarılmak üzere, akson vasıtasıyla gönderilen elektriksel sinyalin ta kendisidir. İşte hücreler arası iletimi sağlayan mekanizma, kısaca bu şekilde işler.
Şekil 26. Bir kimyasal sinapsın çalışma prensibi. 1. Eylem potansiyeli aksonun ucuna (presinaptik uca) ulaşır 2. Eylem potansiyelinden kaynaklanan voltaj değişikliği, voltaja duyarlı kalsiyum kanallarının açılmasına neden olur 3. Hücre dışında içine göre fazla miktarda olan kalsiyum hücre içine girerek bazı moleküler mekanizmaları harekete geçirir ve içlerinde sinir ileti maddesi bulunan salgı keseciklerini hücre zarının iç kısmına değecek şekilde hareketlendirir 4. Keseciklerin zarı ile hücre zarının karmaşık moleküler mekanizmalar ile kaynaşması sonucunda keseciklerin içinde bulunan ileti maddeleri sinaptik aralığa salgılanır ve hızla dağılan ileti maddesi molekülleri, karşı (postsinaptik) hücredeki kendisine özgü algılaycılara (reseptör) bağlanır. Böylece karşı hücrede oluşturulacak olan etkinin ilk adımı gerçekleşmiş olur.
Bu sinyal geçişi, sadece sinir hücreleri arasında değil, kasılma emrini kas hücrelerine taşıyan sinir uçlarıyla kas hücreleri arasında ve bezlere salgı emrini veren uçlarla salgı bezi hücreleri arasında da mevcuttur. Küçük ayrıntı farklarıyla beraber, mekanizma benzerdir.
Şekil 27. İki adet sinapsın elektron mikroskobunda görünüşleri (yalnızca bir kesit). Sarı renkli olan kısımlar, sinapsın mesajı getiren (presinaptik) hücresine ait son uçlardır. Aşağıda görülen açık yeşil renkli kısım ise uyarıyı alan (postsinaptik) hücredir. Sarı presinaptik sonlanmaların içinde görülen yeşil benekler, içlerinde sinir ileti maddeleri dolu olan salgı kesecikleri; kahverengi benekler ise, hücreye enerji sağlayan mitokondrilerdir. Resimler sonradan renklendirilmişlerdir (Dennis Kunkel).
Kimyasal sinapsların genel özelliklerini şöyle sırayalabiliriz:
– Tek yönlü ileti sağlarlar;
– Yanıt şiddeti düzenlenebilir;
– Verilerin dağıtılması-süzülmesi mümkündür;
– Uyarlanabilirlik (plastisite) özellikleri vardır;
– Açılıp-kapatılabilme özellikleri vardır;
– Gereksiz uyarıları süzerler…
Sinapsların bir önemli özelliği de “değişebilir” olmalarıdır. Bu durum, yakın zamanlarda ortaya konmuş bir mekanizmadır ve ilginç sonuçları vardır. Yani, iki (veya daha fazla) hücre arasındaki bu iletişim bölgelerini oluşturan hücre bölgeleri, aktifliklerini ve duyarlılıklarını ve hatta şekillerini değiştirirler. Bunun yanında, sinapslar, hücrelerin aktifliklerine bağlı olarak sürekli biçimde oluşup kaybolabilirler. Yani sinaps dediğimiz bölgeler, hücrenin kolu-bacağı gibi sabit bir yapı değildir. Sürekli değişirler. Bunu, beyin fonksiyonları açısından düşünecek olursak, sinir hücreleri, her türlü aktiviteye bağlı olarak, aralarındaki bağlantıların sayılarını ve özelliklerini değiştirebilirler.
Yani beyin, “her” yaptığı iş (aklınıza ne geliyorsa…) sırasında değişmektedir. David Peat’in “Düşünce düşüneni değiştirir” sözünü, belki bir de bu açıdan değerlendirmek gerekebilir!
Yakın zamanlarda, yaptığımız öğrenme deneyleri ile kendilerine bir şeyler öğretilen hayvanların, öğrenmeyle ilgili beyin bölgelerinden bazılarında, bu iletişim bölgelerinin sayısında artış olduğunu bulmuş olmamız, bu durumun bir başka göstergesi sayılabilir. Sinir sistemi hakkında aslında daha söylenecek çok fazla şey var. Fakat, konuyla derinden ilgilenmeyenler için, buraya kadar olan bilgiler, sinir sisteminin nasıl bir şey olduğu ve beynimizin nasıl çalıştığı gibi konularda genel bir kanı verecektir. Kanımca, insan için anlaşılması gereken en önemli şey, her gittiği yerde yanında götürdüğü vücudunun temel özellikleridir. Hele bir de entelektüel bir insan için, tüm insan vücudu konusunda olmasa bile, en azından sinir sisteminin işleyişi ve merkezi sinir sisteminin fonksiyonları hakkında genelden öte bir bilgiye sahip olmak kaçınılmazdır.
Yaşadığımız dünyayı ve evreni anlamanın bir yolu da, onu nasıl algıladığımızı anlamaktan geçer…
Bölüm 1:Merkezi Sinir Sisteminin Genel Yapısı
Bölüm-2: Beyin
nest...
Miyelin
Miyelin, tabaka biçiminde yalıtkan bir malzemedir. Miyelinli, etrafı Schwann hücreleri tarafından sarılmış olan aksonları tanımlamak için kullanılan bir terimdir. Miyelin kılıf genellikle bir sinir hücresinin (nöronun) aksonunu çevreler. Sinir sisteminin düzgün çalışması için olmazsa olmazlardandır. Nöroglianın bir çıkıntısıdır. Miyelin kılıfın oluşması miyelinizasyon veya miyelinleşme olarak adlandırılır. İnsanda miyelinin oluşması her ne kadar fetus (cenin) gelişiminin 14. haftasında başlasa bile, doğum esnasında beyinde küçük miyelinler vardır. Bebeklik döneminde, miyelinleşme hızlı olur ve ergenlik dönemine kadar devam eder. Schwann hücreleri, çevresel sinir hücreleri için miyelin sağlar. Miyelin, çevresel sinir sisteminde Schwann hücreleri tarafından oluşturulurken, merkezi sinir sisteminde oligodentroglialar (veya oligodentrositler) tarafından oluşturulur.
Miyelin kılıf[değiştir İnsan Sinir Sistemi-3
MERKEZİ SİNİR SİSTEMİNİN İNCE YAPISI
Sinir sisteminin ana işini yürüten hücreler, nöron (=sinir hücresi) denen özel hücrelerdir. Bu hücreler, istisnaları olmak üzere, bir gövde, ağaç gibi yan dallar (dendritler) ve bir de, bazen dallanabilen ve hücrenin “kararlarını” diğerlerine ileten, tek bir uzantı (akson)dan oluşurlar. Nöronlar, görevleri ve bulundukları yerlere göre çok değişik şekil ve kimyasal içerik farkları gösterirler. Hücrenin gövde kısmında bulunan çekirdek, hücrenin temel işlevlerini belirleyen ve DNA molekülü üzerinde kodlanmış halde bulunan genetik bilgiyi içerir. DNA üzerindeki bilgi, hücrenin bulunduğu ortama, ortamdaki değişimlere ve hücrenin iç çevresine bağlı olarak deşifre edilerek, hücre içi olayların meydana gelmesini sağlar. Bu şifre, bir insanın tüm hücrelerinde aynı olmasına rağmen, farklı hücrelerde farklı kısımları kullanılarak, hücrelerin farklı yapı ve işlev sahibi olmasını mümkün kılar. Çekirdekteki DNA molekülünden ihtiyaç anında çıkan bilgi, ribozom ve endoplazmik retikulum dediğimiz hücre içi organcıklarda, hücrenin işlevlerini düzenleyen proteinler haline çevrilir. Bu proteinler de, hücre içi olayları etkileyerek, hücrenin fonksiyonunu etkilerler.
Sinir hücreleri aynı zamanda birbirleri ile ilişki halindedirler. Bu sıkı ilişki, sinirsel işlevin temelini oluşturan bilgi akışını sağlar. Hücreler arası bu bilgi geçiş noktalarına SİNAPS adı veriyoruz. Sinapslar, değişik tip ve özelliklerde olmalarına karşın, hemen hepsi bilginin iletimi işlevinden sorumludur. Kısacası, nöronlar kendi aralarında bağlantılar kurarak, elektrik devrelerine benzer yollarla iletişim sağlayıp, beyin işlevlerinin ortaya çıkmasını sağlayan ana elemanlardır. Elbette ki, bu elektriksel devre sistemi, herhangi bir insanın hatta bir sinir bilimcinin hayal edebileceği karmaşıklığın çok çok ötesinde bir karmaşıklığa sahiptir.
Genel olarak bir sinir hücresi, gövde ve dendrit (dendron=ağaç; lat.) dediğimiz gövde dalları aracılığıyla diğer hücrelerden gelen verileri “alır”. Bu veriler, hücre içindeki genel duruma ve gelen tüm verilerin toplam etkisine göre, akson dediğimiz, o tek, uzun ve ince uzantı vasıtasıyla, diğer bir hücreye aktarılır. Yani, nöron gövdesini ve gövdenin dallarını minik bir santral, aksonu ise, bilgiyi götüren bir telgraf teli gibi düşünebiliriz. Daha sonra, aksonla gönderilen bu bilgi, o aksonun dalları aracılığıyla bir veya (dallanmalar sayesinde) binlerce sinir hücresine (veya kas ve salgı bezi hücreleri gibi diğer hücrelere) ulaştırılır ve bu hücreler, yine aynı mekanizma ile bu uyarının gerektirdiği işi yaparlar.
Şekil 18. Farklı tipte sinir hücreleri.
Şekil 19. Bir sinir hücresinin gövdesine diğer hücrelerden gelen bağlantıların (mavi) şematik olarak gösterimi (ileri düzeyde basitleştirilmiş ve sadeleştirilmiştir). Şekilde aynı zamanda sinir hücresine yardımcı olan glia hücrelerinin uzantıları da sarı renkle gösterilmekte.
Şimdi bu mekanizmayı biraz hayal etmeye çalışın ve ardından, sadece beyin kabuğu dediğimiz kısımda bulunan 4-5 milyar sinir hücresinin, birbirleriyle yapabilecekleri bağlantıların sayısını hesap edin. İşte vücudumuzda bulunan ve hayal sınırlarını aşan bir organizasyon örneği…
Sinir sisteminde sadece sinir hücreleri bulunmaz. Bunların yanında, kütle olarak merkezi sinir sisteminin yarısını oluşturan ve sayıca da yaklaşık sinir hücrelerinin on katı kadar sayıda bulunan yardımcı hücreler vardır. Bu hücrelere glia hücreleri diyoruz (İngilizce’de yapıştırıcı anlamına gelen glue sözcüğü de aynı kökten gelmektedir). Çeşitli tipleri olmasına karşılık, genel işlevleri, sinir hücrelerinin ve sinir sisteminin fonksiyonunu sürdürmesine yardımcı olmaktır. Oligodendrosit (az uzantılı hücre) denen hücreler de, merkezi sinir sistemi içinde, yan yana ve sıkı bir dizilim içinde seyreden aksonları, yani sinirlerin elektrik kablolarını, birbirlerinden izole eden, myelin kılıf dediğimiz bir kılıf oluşturur. Bu kılıflar, sinir tellerinin her birinin etrafını sararlar ve onların elektriksel olarak izole edilmesini sağlamanın yanında, iletkenliğini de artırırlar. Bir başka glia hücresi olan mikroglia (küçük glia), en küçük glia hücrelerindendir fakat, görevi, sinir sistemini yabancı madde ve mikroorganizmalara karşı korumaktır. Bu hücreler, fagositoz (=hücrenin yemesi) yapar, yani, yabancı maddeleri yiyerek yok ederler.
Şekil 20. Glia hücreleri ve sinir sisteminde diğer sinir hücreleri ile olan ilişkileri (ileri düzeyde basitleştirilmiş). Astrositlerin damarların ve sinir hücrelerinin etraflarını kaplayan uzantılarına dikkat ediniz.
Astrosit (yıldızsı hücre; astroglia) dediğimiz glia hücreleri ise, sinir hücrelerinin beslenmesine ve kimyasal işlemlerine çok önemli yardımlarda bulunur.
Şekil 21. Astrositler tarafından oluşturulan ayakların beyin kılcal damarlarını sarması ve kan beyin bariyeri.
Glia Hücreleri ve Miyelin Kılıf
Sinir sistemimizdeki bir çok sinir hücresinin aksonu miyelin kılıf denen özel bir kılıfla sarılıdır. Miyelin kılıf, oligondrosir ve Schwann hücreleri denen glia hücrelerince yapılan bir izolasyon kılıfıdır. Aynen evlerimizdeki elektrik kablolarının etrafındaki yalıtıcı katmanlar gibi görev gören miyelin, hem sinir iletimi sırasında oluşturulan elektriksel sinyallerin kaybını engeller; hem de çok uzak mesafelere hızlı bir şekilde iletilmelerini sağlar. Miyelin kılıfın iletimi nasıl hızlandırdığını ileride eylem (aksiyon) potansiyeli denen özel potansiyeli tartışırken inceleyeceğiz.
Şekil 22. Miyelin kılıfı oluşturan hücreler. Solda, vücudumuzu sarana sinir tellerinde (periferik sinir sisteminde; P.S.S.) miyelin kılıfı yapan Schwann hücreleri görülüyor. Sağda ise beyin ve omurilikten oluşan olan merkezi sinir sistemimizde (M.S.S.) miyelinleme işini yapan oligondendroglia hücreleri görülmekte.
Son yıllarda glia hücrelerinin sinir sisteminin işlevinde sanılandan çok daha önemli olduklarına dair bir çok çalışma yayınlanmaktadır. Glia hücreleri, başta haberci moleküllerin üretimi ve dönüştürülmesi gibi, sinir sistemlerin işlevleri için vazgeçilmez destekleyici görevler üstlenirler. Bunun yanında sinir hücrelerinin madde alış-verişinde bulundukları çevreyi de etkileyip değiştirerek, onların işlevlerinde belirgin değişikliklere yol açabilmektedirler. Hatta kimi araştırıcılara göre, bilincin oluşumu, epileptik süreçler ve diğer geniş hücre topluluklarını ilgilendiren olaylarda glia hücreleri, sinir hücrelerine göre çok daha önemli roller oynayabilmektedir. Sinirbilimlerinin gelişmesi ile birlikte şimdiye kadar hep arka planda kalmış olan bu hücrelerin daha etkin rollerle karşımıza çıkmalarını bekliyoruz. Bu genel yapıyı kısaca inceledikten sonra şimdi biraz daha derine girelim ve sinir hücrelerinin nasıl haberleştiklerine kısaca bakalım.
SİNİR HÜCRELERİ NASIL HABERLEŞİRLER?
Biyoelektrik potansiyellere giriş:
Canlı hücrelerin şaşırtıcı özelliklerinden bir tanesi hücre içi ve dışı arasındaki elektriksel yük farkıdır. Tüm canlı hücrelerde, hücrenin içi ve dışı arasındaki iyon dağılımı dengesiz olduğu için, hücrenin içi her zaman dışarıya göre daha negatif yüklüdür. Bu durum bütün canlı hücrelerin ortak özelliğidir ve “dinlenme zar potansiyeli” olarak bilinir. Bir çok hücrede bu potansiyelin değeri -70 milivolt civarındadır. Bazı hücrelerde değeri değişmekle birlikte, tüm canlı hücrelerin ortak bir özelliğidir.
Şekil 23. Bir sinir hücresinde gözlenen dinlenim zar potansiyeli. Hücrenin içi ve dışı arasındaki potansiyel farkını ölçmeye uygun bir araç kullanıldığında, hücre içinin dışına göre yaklaşık -70 miliVolt daha negatif bir yüke sahip olduğu kolaylıkla gösterilebilir. Bu yük farkının sebebi, hücre içinde potasyum (K) iyonları ile negatif yüklü proteinlerin (Anyonlar; A) bol bulunması; bunun yanında sodyum (Na) iyonlarının ise hücre dışında daha fazla bulunmasıdır.
Sinir ve kas hücreleri gibi hücreler “uyarılabilir hücreler” olarak bilinir. Bunun nedeni, bu hücrelerin normalde sahip oldukları zar potansiyellerini değiştirerek elektriksel dalgalar oluşturabilmeleri ve bunu iletebilmeleridir. Bunu ise zarlarında bulunan özel iyon kanalları yardımıyla, hücre içi ve dışı arasındaki iyon dengelerini geçici olarak değiştirerek yaparlar. Örneğin, hücre yüzeyinde sodyum iyonlarına geçirgen olan kapakların açılması, dışarıda fazla olan sodyumun hücrenin içine geçmesine ve böylece zarın dinlenim potansiyelinin, iyon girişinin olduğu noktada değişmesine neden olur.
Sinir hücreleri çeşitli potansiyeller üretebilir. Fakat bunlardan bir tanesi vardır ki, çok farklı özellikleri olan bir potansiyeldir. Uygun bir uyaran gerçekleştiğinde zarda bulunan hızlı sodyum kanallarının açılması, bazı hücrelerde çok hızlı bir sodyum girişine neden olur ve normalde -70mV gibi bir potansiyele ship olan hücre zarının potansiyelini +30mV’a kadar yükseltir. İşte bu özel potansiyele “eylem (aksiyon) potansiyeli” adı verilir (biyoelektrik potansiyeller ve aksiyon potansiyeli hakkında daha ayrıntılı bilgi için Biyoelektrik Potansiyellere dair ders notlarıma bakabilirsiniz [pdf]). Bu eylem potansiyelleri hücre için oldukça büyük elektriksel dalgalardır ve çok uzak mesafeler boyunca kayıpsız olarak iletilebilme özelliğine sahiptirler. İşte bu potansiyeller, sinir hücrelerinin birbirleriyle haberleşmesini sağlayan ve aynı zamanda sinir hücrelerinin kas ve salgı bezi gibi diğer doku hücrelerine de etki yapmasını sağlayan potansiyellerdir. Sinirbilimlerinde, bir sinir hücresinin eylem potansiyeli oluşturup göndermesi işlemine genellikle “sinirsel ateşleme” (neural firing) adı verilir.
Sinir hücrelerinin oluştruduğu bu eylem potansiyelleri hücrelerin akson dediğimiz uznatıları boyunca iletilir. Potansiyellerin diğer hücrelere aktarılması ise “sinaps” denen özel iletişim bölgeleri sayesinde gerçekleşir.
Sinapslar
Sinapslar, hücreden hücreye bilgi (elektriksel sinyal) geçişinin olduğu yerlerdir. Elektriksel ve kimyasal olarak iki tip sinaps vardır. Elektriksel sinapslar hücreler arasında yerleşmiş iyon geçitlerinden oluşur. Bir hücrede iyon miktarlarında meydana gelen bir değişiklik bu kanallar vasıtasıyla diğer hücrelere aktarılır. Her iki yönde de potansiyelleri aktarma yeteneği olan bu tip sinapslar, daha ziyade kalp kası ve düz kas hücreleri gibi hücrelerin arasında bulunur. Böylece, organın bir yerinde meydana gelen bir değişiklik hızla organın diğer hücrelerine yayılarak, hücrelerin hep birlikte bu uyarana cevap vermesi sağlanmış olur. Sindirim sistemimizdeki kasların birlikte hareketleri veya kalp kasının bir pompa gibi kalbi vücuda pompalaması işte bu işbirliği sayesinde gerçekleşir.
Şekil 24. Elektriksel sinapsların (geçit bağlantıları-gap junctions) şematik görünümü. Yeşil renkte gösterilen kanallar; kırmızı renki hücre zarlarının arasına yerleşerek iki hücre arasında iyonların geçmesine uygun geçitler oluştururlar. Böylece bir hücrede meydana gelen iyon derişimindeki değişiklikler bu kanallar aracılığıyla hızla diğer hücreye de aktarılır.
Elektriksel sinapslar kalp ve diz kas gibi organlarda çok işlevsel olsa da, yön seçiciliğinin olmaması (uyarıyı her yönde iletmeleri) ve yapısal bazı yetersizlikleri nedeniyle beyin işlevlerini yerine getirmek için uygun değildir. Sinir sisteminde bilgi işleme sürecinin esas aktörleri kimyasal sinapslar dediğimiz özel bir iletişim bölgesidir.
Kimyasal Sinapslar
Klasik anlamda bir kimyasal sinaps, sinir hücresinin ürettiği sinyali o hücreden diğerlerine taşıyan aksonun dallarından birinin uç kısmı ile, alıcı hücrenin etrafındaki hücre zarının birbirleriyle yaklaşması sonucu meydana gelir. Evet, gerçekten de hücreler birbirlerine gerçek anlamda temas etmezler. Sadece, çok ince bir aralık bırakacak şekilde yaklaşırlar.
Şekil 25. Kimyasal bir sinapsın genel yapısı (şematik).
Hücrelerin etrafını kaplayan hücre zarı, bu sinaps alanlarında hafif değişiklikler gösterir. Bu değişiklikler, sinapslardan sinyal iletiminin sağlanabilmesi için gereklidir. Kimyasal bir sinapsta, sinyalin bir hücreden diğerine geçişi, nörotransmitter olarak adlandırılan ileti maddeleri aracılığıyla olur. Bu ileti maddeleri, iletinin geldiği kaynak (presinaptik=sinaps öncesi) hücrenin aksonunun ucundan salgılanır. Bu salgılanma, elektriksel uyarının aksonun ucuna gelmesi sayesinde olur. Salgılanan bu ileti maddeleri, sinapsı oluşturan o iki hücre arasındaki ince aralığa salgılanmaktadır. Bu salgılanmayı takiben, çok hızlı bir şekilde, bu ileti maddeleri, karşıdaki hedef (postsinaptik=sinaps sonrası) hücrenin zarı üzerindeki uygun algaç (reseptör) moleküllerine bağlanırlar. İşte bu bağlanma, sebep olduğu çeşitli kimyasal olaylar sonucu, yeni hücrede bir elektriksel sinyalin doğmasına sebep olur. Çeşitli sinapslardan gelen verilerin toplanması veya bir sinapstan ardı ardına birkaç sinyalin yeni hücreye geçirilmesi ise, yüksek bir elektriksel potansiyel doğurur. Bu potansiyel, aksiyon potansiyeli adını alır ve işte bu potansiyel, diğer hücrelere aktarılmak üzere, akson vasıtasıyla gönderilen elektriksel sinyalin ta kendisidir. İşte hücreler arası iletimi sağlayan mekanizma, kısaca bu şekilde işler.
Şekil 26. Bir kimyasal sinapsın çalışma prensibi. 1. Eylem potansiyeli aksonun ucuna (presinaptik uca) ulaşır 2. Eylem potansiyelinden kaynaklanan voltaj değişikliği, voltaja duyarlı kalsiyum kanallarının açılmasına neden olur 3. Hücre dışında içine göre fazla miktarda olan kalsiyum hücre içine girerek bazı moleküler mekanizmaları harekete geçirir ve içlerinde sinir ileti maddesi bulunan salgı keseciklerini hücre zarının iç kısmına değecek şekilde hareketlendirir 4. Keseciklerin zarı ile hücre zarının karmaşık moleküler mekanizmalar ile kaynaşması sonucunda keseciklerin içinde bulunan ileti maddeleri sinaptik aralığa salgılanır ve hızla dağılan ileti maddesi molekülleri, karşı (postsinaptik) hücredeki kendisine özgü algılaycılara (reseptör) bağlanır. Böylece karşı hücrede oluşturulacak olan etkinin ilk adımı gerçekleşmiş olur.
Bu sinyal geçişi, sadece sinir hücreleri arasında değil, kasılma emrini kas hücrelerine taşıyan sinir uçlarıyla kas hücreleri arasında ve bezlere salgı emrini veren uçlarla salgı bezi hücreleri arasında da mevcuttur. Küçük ayrıntı farklarıyla beraber, mekanizma benzerdir.
Şekil 27. İki adet sinapsın elektron mikroskobunda görünüşleri (yalnızca bir kesit). Sarı renkli olan kısımlar, sinapsın mesajı getiren (presinaptik) hücresine ait son uçlardır. Aşağıda görülen açık yeşil renkli kısım ise uyarıyı alan (postsinaptik) hücredir. Sarı presinaptik sonlanmaların içinde görülen yeşil benekler, içlerinde sinir ileti maddeleri dolu olan salgı kesecikleri; kahverengi benekler ise, hücreye enerji sağlayan mitokondrilerdir. Resimler sonradan renklendirilmişlerdir (Dennis Kunkel).
Kimyasal sinapsların genel özelliklerini şöyle sırayalabiliriz:
– Tek yönlü ileti sağlarlar;
– Yanıt şiddeti düzenlenebilir;
– Verilerin dağıtılması-süzülmesi mümkündür;
– Uyarlanabilirlik (plastisite) özellikleri vardır;
– Açılıp-kapatılabilme özellikleri vardır;
– Gereksiz uyarıları süzerler…
Sinapsların bir önemli özelliği de “değişebilir” olmalarıdır. Bu durum, yakın zamanlarda ortaya konmuş bir mekanizmadır ve ilginç sonuçları vardır. Yani, iki (veya daha fazla) hücre arasındaki bu iletişim bölgelerini oluşturan hücre bölgeleri, aktifliklerini ve duyarlılıklarını ve hatta şekillerini değiştirirler. Bunun yanında, sinapslar, hücrelerin aktifliklerine bağlı olarak sürekli biçimde oluşup kaybolabilirler. Yani sinaps dediğimiz bölgeler, hücrenin kolu-bacağı gibi sabit bir yapı değildir. Sürekli değişirler. Bunu, beyin fonksiyonları açısından düşünecek olursak, sinir hücreleri, her türlü aktiviteye bağlı olarak, aralarındaki bağlantıların sayılarını ve özelliklerini değiştirebilirler.
Yani beyin, “her” yaptığı iş (aklınıza ne geliyorsa…) sırasında değişmektedir. David Peat’in “Düşünce düşüneni değiştirir” sözünü, belki bir de bu açıdan değerlendirmek gerekebilir!
Yakın zamanlarda, yaptığımız öğrenme deneyleri ile kendilerine bir şeyler öğretilen hayvanların, öğrenmeyle ilgili beyin bölgelerinden bazılarında, bu iletişim bölgelerinin sayısında artış olduğunu bulmuş olmamız, bu durumun bir başka göstergesi sayılabilir. Sinir sistemi hakkında aslında daha söylenecek çok fazla şey var. Fakat, konuyla derinden ilgilenmeyenler için, buraya kadar olan bilgiler, sinir sisteminin nasıl bir şey olduğu ve beynimizin nasıl çalıştığı gibi konularda genel bir kanı verecektir. Kanımca, insan için anlaşılması gereken en önemli şey, her gittiği yerde yanında götürdüğü vücudunun temel özellikleridir. Hele bir de entelektüel bir insan için, tüm insan vücudu konusunda olmasa bile, en azından sinir sisteminin işleyişi ve merkezi sinir sisteminin fonksiyonları hakkında genelden öte bir bilgiye sahip olmak kaçınılmazdır.
Yaşadığımız dünyayı ve evreni anlamanın bir yolu da, onu nasıl algıladığımızı anlamaktan geçer…
Bölüm 1:Merkezi Sinir Sisteminin Genel Yapısı
Bölüm-2: Beyin
nest...
İnsan Sinir Sistemi-3
MERKEZİ SİNİR SİSTEMİNİN İNCE YAPISI
Sinir sisteminin ana işini yürüten hücreler, nöron (=sinir hücresi) denen özel hücrelerdir. Bu hücreler, istisnaları olmak üzere, bir gövde, ağaç gibi yan dallar (dendritler) ve bir de, bazen dallanabilen ve hücrenin “kararlarını” diğerlerine ileten, tek bir uzantı (akson)dan oluşurlar. Nöronlar, görevleri ve bulundukları yerlere göre çok değişik şekil ve kimyasal içerik farkları gösterirler. Hücrenin gövde kısmında bulunan çekirdek, hücrenin temel işlevlerini belirleyen ve DNA molekülü üzerinde kodlanmış halde bulunan genetik bilgiyi içerir. DNA üzerindeki bilgi, hücrenin bulunduğu ortama, ortamdaki değişimlere ve hücrenin iç çevresine bağlı olarak deşifre edilerek, hücre içi olayların meydana gelmesini sağlar. Bu şifre, bir insanın tüm hücrelerinde aynı olmasına rağmen, farklı hücrelerde farklı kısımları kullanılarak, hücrelerin farklı yapı ve işlev sahibi olmasını mümkün kılar. Çekirdekteki DNA molekülünden ihtiyaç anında çıkan bilgi, ribozom ve endoplazmik retikulum dediğimiz hücre içi organcıklarda, hücrenin işlevlerini düzenleyen proteinler haline çevrilir. Bu proteinler de, hücre içi olayları etkileyerek, hücrenin fonksiyonunu etkilerler.
Sinir hücreleri aynı zamanda birbirleri ile ilişki halindedirler. Bu sıkı ilişki, sinirsel işlevin temelini oluşturan bilgi akışını sağlar. Hücreler arası bu bilgi geçiş noktalarına SİNAPS adı veriyoruz. Sinapslar, değişik tip ve özelliklerde olmalarına karşın, hemen hepsi bilginin iletimi işlevinden sorumludur. Kısacası, nöronlar kendi aralarında bağlantılar kurarak, elektrik devrelerine benzer yollarla iletişim sağlayıp, beyin işlevlerinin ortaya çıkmasını sağlayan ana elemanlardır. Elbette ki, bu elektriksel devre sistemi, herhangi bir insanın hatta bir sinir bilimcinin hayal edebileceği karmaşıklığın çok çok ötesinde bir karmaşıklığa sahiptir.
Genel olarak bir sinir hücresi, gövde ve dendrit (dendron=ağaç; lat.) dediğimiz gövde dalları aracılığıyla diğer hücrelerden gelen verileri “alır”. Bu veriler, hücre içindeki genel duruma ve gelen tüm verilerin toplam etkisine göre, akson dediğimiz, o tek, uzun ve ince uzantı vasıtasıyla, diğer bir hücreye aktarılır. Yani, nöron gövdesini ve gövdenin dallarını minik bir santral, aksonu ise, bilgiyi götüren bir telgraf teli gibi düşünebiliriz. Daha sonra, aksonla gönderilen bu bilgi, o aksonun dalları aracılığıyla bir veya (dallanmalar sayesinde) binlerce sinir hücresine (veya kas ve salgı bezi hücreleri gibi diğer hücrelere) ulaştırılır ve bu hücreler, yine aynı mekanizma ile bu uyarının gerektirdiği işi yaparlar.
Şekil 18. Farklı tipte sinir hücreleri.
Şekil 19. Bir sinir hücresinin gövdesine diğer hücrelerden gelen bağlantıların (mavi) şematik olarak gösterimi (ileri düzeyde basitleştirilmiş ve sadeleştirilmiştir). Şekilde aynı zamanda sinir hücresine yardımcı olan glia hücrelerinin uzantıları da sarı renkle gösterilmekte.
Şimdi bu mekanizmayı biraz hayal etmeye çalışın ve ardından, sadece beyin kabuğu dediğimiz kısımda bulunan 4-5 milyar sinir hücresinin, birbirleriyle yapabilecekleri bağlantıların sayısını hesap edin. İşte vücudumuzda bulunan ve hayal sınırlarını aşan bir organizasyon örneği…
Sinir sisteminde sadece sinir hücreleri bulunmaz. Bunların yanında, kütle olarak merkezi sinir sisteminin yarısını oluşturan ve sayıca da yaklaşık sinir hücrelerinin on katı kadar sayıda bulunan yardımcı hücreler vardır. Bu hücrelere glia hücreleri diyoruz (İngilizce’de yapıştırıcı anlamına gelen glue sözcüğü de aynı kökten gelmektedir). Çeşitli tipleri olmasına karşılık, genel işlevleri, sinir hücrelerinin ve sinir sisteminin fonksiyonunu sürdürmesine yardımcı olmaktır. Oligodendrosit (az uzantılı hücre) denen hücreler de, merkezi sinir sistemi içinde, yan yana ve sıkı bir dizilim içinde seyreden aksonları, yani sinirlerin elektrik kablolarını, birbirlerinden izole eden, myelin kılıf dediğimiz bir kılıf oluşturur. Bu kılıflar, sinir tellerinin her birinin etrafını sararlar ve onların elektriksel olarak izole edilmesini sağlamanın yanında, iletkenliğini de artırırlar. Bir başka glia hücresi olan mikroglia (küçük glia), en küçük glia hücrelerindendir fakat, görevi, sinir sistemini yabancı madde ve mikroorganizmalara karşı korumaktır. Bu hücreler, fagositoz (=hücrenin yemesi) yapar, yani, yabancı maddeleri yiyerek yok ederler.
Şekil 20. Glia hücreleri ve sinir sisteminde diğer sinir hücreleri ile olan ilişkileri (ileri düzeyde basitleştirilmiş). Astrositlerin damarların ve sinir hücrelerinin etraflarını kaplayan uzantılarına dikkat ediniz.
Astrosit (yıldızsı hücre; astroglia) dediğimiz glia hücreleri ise, sinir hücrelerinin beslenmesine ve kimyasal işlemlerine çok önemli yardımlarda bulunur.
Şekil 21. Astrositler tarafından oluşturulan ayakların beyin kılcal damarlarını sarması ve kan beyin bariyeri.
Glia Hücreleri ve Miyelin Kılıf
Sinir sistemimizdeki bir çok sinir hücresinin aksonu miyelin kılıf denen özel bir kılıfla sarılıdır. Miyelin kılıf, oligondrosir ve Schwann hücreleri denen glia hücrelerince yapılan bir izolasyon kılıfıdır. Aynen evlerimizdeki elektrik kablolarının etrafındaki yalıtıcı katmanlar gibi görev gören miyelin, hem sinir iletimi sırasında oluşturulan elektriksel sinyallerin kaybını engeller; hem de çok uzak mesafelere hızlı bir şekilde iletilmelerini sağlar. Miyelin kılıfın iletimi nasıl hızlandırdığını ileride eylem (aksiyon) potansiyeli denen özel potansiyeli tartışırken inceleyeceğiz.
Şekil 22. Miyelin kılıfı oluşturan hücreler. Solda, vücudumuzu sarana sinir tellerinde (periferik sinir sisteminde; P.S.S.) miyelin kılıfı yapan Schwann hücreleri görülüyor. Sağda ise beyin ve omurilikten oluşan olan merkezi sinir sistemimizde (M.S.S.) miyelinleme işini yapan oligondendroglia hücreleri görülmekte.
Son yıllarda glia hücrelerinin sinir sisteminin işlevinde sanılandan çok daha önemli olduklarına dair bir çok çalışma yayınlanmaktadır. Glia hücreleri, başta haberci moleküllerin üretimi ve dönüştürülmesi gibi, sinir sistemlerin işlevleri için vazgeçilmez destekleyici görevler üstlenirler. Bunun yanında sinir hücrelerinin madde alış-verişinde bulundukları çevreyi de etkileyip değiştirerek, onların işlevlerinde belirgin değişikliklere yol açabilmektedirler. Hatta kimi araştırıcılara göre, bilincin oluşumu, epileptik süreçler ve diğer geniş hücre topluluklarını ilgilendiren olaylarda glia hücreleri, sinir hücrelerine göre çok daha önemli roller oynayabilmektedir. Sinirbilimlerinin gelişmesi ile birlikte şimdiye kadar hep arka planda kalmış olan bu hücrelerin daha etkin rollerle karşımıza çıkmalarını bekliyoruz. Bu genel yapıyı kısaca inceledikten sonra şimdi biraz daha derine girelim ve sinir hücrelerinin nasıl haberleştiklerine kısaca bakalım.
SİNİR HÜCRELERİ NASIL HABERLEŞİRLER?
Biyoelektrik potansiyellere giriş:
Canlı hücrelerin şaşırtıcı özelliklerinden bir tanesi hücre içi ve dışı arasındaki elektriksel yük farkıdır. Tüm canlı hücrelerde, hücrenin içi ve dışı arasındaki iyon dağılımı dengesiz olduğu için, hücrenin içi her zaman dışarıya göre daha negatif yüklüdür. Bu durum bütün canlı hücrelerin ortak özelliğidir ve “dinlenme zar potansiyeli” olarak bilinir. Bir çok hücrede bu potansiyelin değeri -70 milivolt civarındadır. Bazı hücrelerde değeri değişmekle birlikte, tüm canlı hücrelerin ortak bir özelliğidir.
Şekil 23. Bir sinir hücresinde gözlenen dinlenim zar potansiyeli. Hücrenin içi ve dışı arasındaki potansiyel farkını ölçmeye uygun bir araç kullanıldığında, hücre içinin dışına göre yaklaşık -70 miliVolt daha negatif bir yüke sahip olduğu kolaylıkla gösterilebilir. Bu yük farkının sebebi, hücre içinde potasyum (K) iyonları ile negatif yüklü proteinlerin (Anyonlar; A) bol bulunması; bunun yanında sodyum (Na) iyonlarının ise hücre dışında daha fazla bulunmasıdır.
Sinir ve kas hücreleri gibi hücreler “uyarılabilir hücreler” olarak bilinir. Bunun nedeni, bu hücrelerin normalde sahip oldukları zar potansiyellerini değiştirerek elektriksel dalgalar oluşturabilmeleri ve bunu iletebilmeleridir. Bunu ise zarlarında bulunan özel iyon kanalları yardımıyla, hücre içi ve dışı arasındaki iyon dengelerini geçici olarak değiştirerek yaparlar. Örneğin, hücre yüzeyinde sodyum iyonlarına geçirgen olan kapakların açılması, dışarıda fazla olan sodyumun hücrenin içine geçmesine ve böylece zarın dinlenim potansiyelinin, iyon girişinin olduğu noktada değişmesine neden olur.
Sinir hücreleri çeşitli potansiyeller üretebilir. Fakat bunlardan bir tanesi vardır ki, çok farklı özellikleri olan bir potansiyeldir. Uygun bir uyaran gerçekleştiğinde zarda bulunan hızlı sodyum kanallarının açılması, bazı hücrelerde çok hızlı bir sodyum girişine neden olur ve normalde -70mV gibi bir potansiyele ship olan hücre zarının potansiyelini +30mV’a kadar yükseltir. İşte bu özel potansiyele “eylem (aksiyon) potansiyeli” adı verilir (biyoelektrik potansiyeller ve aksiyon potansiyeli hakkında daha ayrıntılı bilgi için Biyoelektrik Potansiyellere dair ders notlarıma bakabilirsiniz [pdf]). Bu eylem potansiyelleri hücre için oldukça büyük elektriksel dalgalardır ve çok uzak mesafeler boyunca kayıpsız olarak iletilebilme özelliğine sahiptirler. İşte bu potansiyeller, sinir hücrelerinin birbirleriyle haberleşmesini sağlayan ve aynı zamanda sinir hücrelerinin kas ve salgı bezi gibi diğer doku hücrelerine de etki yapmasını sağlayan potansiyellerdir. Sinirbilimlerinde, bir sinir hücresinin eylem potansiyeli oluşturup göndermesi işlemine genellikle “sinirsel ateşleme” (neural firing) adı verilir.
Sinir hücrelerinin oluştruduğu bu eylem potansiyelleri hücrelerin akson dediğimiz uznatıları boyunca iletilir. Potansiyellerin diğer hücrelere aktarılması ise “sinaps” denen özel iletişim bölgeleri sayesinde gerçekleşir.
Sinapslar
Sinapslar, hücreden hücreye bilgi (elektriksel sinyal) geçişinin olduğu yerlerdir. Elektriksel ve kimyasal olarak iki tip sinaps vardır. Elektriksel sinapslar hücreler arasında yerleşmiş iyon geçitlerinden oluşur. Bir hücrede iyon miktarlarında meydana gelen bir değişiklik bu kanallar vasıtasıyla diğer hücrelere aktarılır. Her iki yönde de potansiyelleri aktarma yeteneği olan bu tip sinapslar, daha ziyade kalp kası ve düz kas hücreleri gibi hücrelerin arasında bulunur. Böylece, organın bir yerinde meydana gelen bir değişiklik hızla organın diğer hücrelerine yayılarak, hücrelerin hep birlikte bu uyarana cevap vermesi sağlanmış olur. Sindirim sistemimizdeki kasların birlikte hareketleri veya kalp kasının bir pompa gibi kalbi vücuda pompalaması işte bu işbirliği sayesinde gerçekleşir.
Şekil 24. Elektriksel sinapsların (geçit bağlantıları-gap junctions) şematik görünümü. Yeşil renkte gösterilen kanallar; kırmızı renki hücre zarlarının arasına yerleşerek iki hücre arasında iyonların geçmesine uygun geçitler oluştururlar. Böylece bir hücrede meydana gelen iyon derişimindeki değişiklikler bu kanallar aracılığıyla hızla diğer hücreye de aktarılır.
Elektriksel sinapslar kalp ve diz kas gibi organlarda çok işlevsel olsa da, yön seçiciliğinin olmaması (uyarıyı her yönde iletmeleri) ve yapısal bazı yetersizlikleri nedeniyle beyin işlevlerini yerine getirmek için uygun değildir. Sinir sisteminde bilgi işleme sürecinin esas aktörleri kimyasal sinapslar dediğimiz özel bir iletişim bölgesidir.
Kimyasal Sinapslar
Klasik anlamda bir kimyasal sinaps, sinir hücresinin ürettiği sinyali o hücreden diğerlerine taşıyan aksonun dallarından birinin uç kısmı ile, alıcı hücrenin etrafındaki hücre zarının birbirleriyle yaklaşması sonucu meydana gelir. Evet, gerçekten de hücreler birbirlerine gerçek anlamda temas etmezler. Sadece, çok ince bir aralık bırakacak şekilde yaklaşırlar.
Şekil 25. Kimyasal bir sinapsın genel yapısı (şematik).
Hücrelerin etrafını kaplayan hücre zarı, bu sinaps alanlarında hafif değişiklikler gösterir. Bu değişiklikler, sinapslardan sinyal iletiminin sağlanabilmesi için gereklidir. Kimyasal bir sinapsta, sinyalin bir hücreden diğerine geçişi, nörotransmitter olarak adlandırılan ileti maddeleri aracılığıyla olur. Bu ileti maddeleri, iletinin geldiği kaynak (presinaptik=sinaps öncesi) hücrenin aksonunun ucundan salgılanır. Bu salgılanma, elektriksel uyarının aksonun ucuna gelmesi sayesinde olur. Salgılanan bu ileti maddeleri, sinapsı oluşturan o iki hücre arasındaki ince aralığa salgılanmaktadır. Bu salgılanmayı takiben, çok hızlı bir şekilde, bu ileti maddeleri, karşıdaki hedef (postsinaptik=sinaps sonrası) hücrenin zarı üzerindeki uygun algaç (reseptör) moleküllerine bağlanırlar. İşte bu bağlanma, sebep olduğu çeşitli kimyasal olaylar sonucu, yeni hücrede bir elektriksel sinyalin doğmasına sebep olur. Çeşitli sinapslardan gelen verilerin toplanması veya bir sinapstan ardı ardına birkaç sinyalin yeni hücreye geçirilmesi ise, yüksek bir elektriksel potansiyel doğurur. Bu potansiyel, aksiyon potansiyeli adını alır ve işte bu potansiyel, diğer hücrelere aktarılmak üzere, akson vasıtasıyla gönderilen elektriksel sinyalin ta kendisidir. İşte hücreler arası iletimi sağlayan mekanizma, kısaca bu şekilde işler.
Şekil 26. Bir kimyasal sinapsın çalışma prensibi. 1. Eylem potansiyeli aksonun ucuna (presinaptik uca) ulaşır 2. Eylem potansiyelinden kaynaklanan voltaj değişikliği, voltaja duyarlı kalsiyum kanallarının açılmasına neden olur 3. Hücre dışında içine göre fazla miktarda olan kalsiyum hücre içine girerek bazı moleküler mekanizmaları harekete geçirir ve içlerinde sinir ileti maddesi bulunan salgı keseciklerini hücre zarının iç kısmına değecek şekilde hareketlendirir 4. Keseciklerin zarı ile hücre zarının karmaşık moleküler mekanizmalar ile kaynaşması sonucunda keseciklerin içinde bulunan ileti maddeleri sinaptik aralığa salgılanır ve hızla dağılan ileti maddesi molekülleri, karşı (postsinaptik) hücredeki kendisine özgü algılaycılara (reseptör) bağlanır. Böylece karşı hücrede oluşturulacak olan etkinin ilk adımı gerçekleşmiş olur.
Bu sinyal geçişi, sadece sinir hücreleri arasında değil, kasılma emrini kas hücrelerine taşıyan sinir uçlarıyla kas hücreleri arasında ve bezlere salgı emrini veren uçlarla salgı bezi hücreleri arasında da mevcuttur. Küçük ayrıntı farklarıyla beraber, mekanizma benzerdir.
Şekil 27. İki adet sinapsın elektron mikroskobunda görünüşleri (yalnızca bir kesit). Sarı renkli olan kısımlar, sinapsın mesajı getiren (presinaptik) hücresine ait son uçlardır. Aşağıda görülen açık yeşil renkli kısım ise uyarıyı alan (postsinaptik) hücredir. Sarı presinaptik sonlanmaların içinde görülen yeşil benekler, içlerinde sinir ileti maddeleri dolu olan salgı kesecikleri; kahverengi benekler ise, hücreye enerji sağlayan mitokondrilerdir. Resimler sonradan renklendirilmişlerdir (Dennis Kunkel).
Kimyasal sinapsların genel özelliklerini şöyle sırayalabiliriz:
– Tek yönlü ileti sağlarlar;
– Yanıt şiddeti düzenlenebilir;
– Verilerin dağıtılması-süzülmesi mümkündür;
– Uyarlanabilirlik (plastisite) özellikleri vardır;
– Açılıp-kapatılabilme özellikleri vardır;
– Gereksiz uyarıları süzerler…
Sinapsların bir önemli özelliği de “değişebilir” olmalarıdır. Bu durum, yakın zamanlarda ortaya konmuş bir mekanizmadır ve ilginç sonuçları vardır. Yani, iki (veya daha fazla) hücre arasındaki bu iletişim bölgelerini oluşturan hücre bölgeleri, aktifliklerini ve duyarlılıklarını ve hatta şekillerini değiştirirler. Bunun yanında, sinapslar, hücrelerin aktifliklerine bağlı olarak sürekli biçimde oluşup kaybolabilirler. Yani sinaps dediğimiz bölgeler, hücrenin kolu-bacağı gibi sabit bir yapı değildir. Sürekli değişirler. Bunu, beyin fonksiyonları açısından düşünecek olursak, sinir hücreleri, her türlü aktiviteye bağlı olarak, aralarındaki bağlantıların sayılarını ve özelliklerini değiştirebilirler.
Yani beyin, “her” yaptığı iş (aklınıza ne geliyorsa…) sırasında değişmektedir. David Peat’in “Düşünce düşüneni değiştirir” sözünü, belki bir de bu açıdan değerlendirmek gerekebilir!
Yakın zamanlarda, yaptığımız öğrenme deneyleri ile kendilerine bir şeyler öğretilen hayvanların, öğrenmeyle ilgili beyin bölgelerinden bazılarında, bu iletişim bölgelerinin sayısında artış olduğunu bulmuş olmamız, bu durumun bir başka göstergesi sayılabilir. Sinir sistemi hakkında aslında daha söylenecek çok fazla şey var. Fakat, konuyla derinden ilgilenmeyenler için, buraya kadar olan bilgiler, sinir sisteminin nasıl bir şey olduğu ve beynimizin nasıl çalıştığı gibi konularda genel bir kanı verecektir. Kanımca, insan için anlaşılması gereken en önemli şey, her gittiği yerde yanında götürdüğü vücudunun temel özellikleridir. Hele bir de entelektüel bir insan için, tüm insan vücudu konusunda olmasa bile, en azından sinir sisteminin işleyişi ve merkezi sinir sisteminin fonksiyonları hakkında genelden öte bir bilgiye sahip olmak kaçınılmazdır.
Yaşadığımız dünyayı ve evreni anlamanın bir yolu da, onu nasıl algıladığımızı anlamaktan geçer…
Bölüm 1:Merkezi Sinir Sisteminin Genel Yapısı
Bölüm-2: Beyin