Beyin Kablolarımızın Yalıtımı Neden Önemlidir?

Özet: Miyelin, daha önce inanıldığından daha karmaşık ve dinamiktir.

Kaynak: Oxford Üniversitesi

Nuffield Klinik Sinirbilim Bölümü’nden Alberto Lazari, beynimizdeki kablolamada yalıtımın önemini açıklıyor.

Beynimiz, elektrik sinyallerinin beynin bir köşesinden diğerine önemli bilgiler göndermesine izin veren çarpıcı miktarda “beyin telleri” içerir.

Bu beyin telleri biyolojik malzemeden yapılmış olsa da, evinizde kendin yap işi yaparken görebileceğiniz elektrik tellerine şaşırtıcı benzerlikler de taşıyor. Örneğin, beyin tellerinin çalışmasını sağlayan en önemli özelliklerden biri, sıkı bir şekilde yalıtılmış olmalarıdır.

Biraz metal teller plastikle kaplanmış gibi, beyin telleri de ‘miyelin’ adı verilen bir yalıtım malzemesine sarılır. Miyelin, esasen beyninizdeki birçok telin etrafına sarılmış yağlı bir yalıtım tabakasıdır.

Miyelin inanılmaz derecede önemlidir. Bu yalıtım tabakası bozulduğunda, beyin sinyalleri normal hızında iletmek için mücadele eder; bu, multipl skleroz gibi durumlarda olan şeydir. Bununla birlikte, beyin kablolarının yalıtımı bilim adamları tarafından sıklıkla gözden kaçırılmıştır. Canlı bir insanda invaziv olmayan bir şekilde ölçmek özellikle zordur.

Bunun da ötesinde, bu yalıtım uzun zamandır beynin sağlıklı yetişkinlerin beyinlerini anlamakla özellikle ilgili olmayan statik bir parçası olarak kabul ediliyor.

Miyelin, multipl sklerozda açıkça önemli olsa da, yakın zamana kadar çok az sayıda bilim insanı miyelini hastalık alanının ötesinde incelemişti.

Bununla birlikte, son çalışmalar artık miyelinle ilgili bazı varsayımları sorgulamıştır. Özellikle son on yılda, burada Oxford da dahil olmak üzere dünya çapındaki birçok laboratuvar, miyelinin önceden düşünülenden daha karmaşık ve dinamik olduğunu göstermiştir.

Manyetik rezonans görüntüleme (MRI) yoluyla yağ açısından zengin yalıtımı etkili bir şekilde ölçmek için çığır açan yeni yöntemler de geliştirildi ve beyin kablolarımızı saran bu her zaman zor olan yalıtım katmanı hakkında yeni sorular sormamıza olanak sağladı.

Örneğin, herkesin farklı bir beyni olduğunu biliyoruz ve beyin kabloları, beyinlerimizin birbirinden farklı olmasının bir yolu. Farklı insanların farklı seviyelerde kablo yalıtımı var mı? Ve bireyler arasındaki bu farklılıklar beynimizin nasıl çalıştığını etkiler mi? Bu sorular kulağa ne kadar basit gelse de, daha önce – şimdiye kadar sorulmamıştı.

Wellcome Center for Integrative Neuro-görüntülemede, miyelin üzerinde çalışmak için yeni MRI tekniklerini kullanarak bir yanıt bulmak üzere yola çıktık.

İlk olarak, geniş bir katılımcı grubunu taradık ve bize miyelin hakkında bilgi veren ayrıntılı MRI beyin taramalarını yakaladık. Daha sonra aynı katılımcıları Transkraniyal Manyetik Stimülasyon veya TMS adı verilen bir tür invaziv olmayan beyin stimülasyonu ile test ettik. TMS’yi kullanarak hızlı elektrik sinyalleri oluşturabilir ve bunları beyin boyunca milisaniye ölçeğinde takip edebiliriz.

Bu teknik, beyin bölgeleri arasındaki hızlı elektriksel iletişimi yakalamamızı sağladı – beynin karşı taraflarındakiler bile.

Bu özellikle yararlıydı, çünkü beyin telleri boyunca bu çok hızlı elektriksel iletişim, tam olarak yalıtımdan etkilenmesini beklediğimiz şeydir, tıpkı evlerimizdeki metal tellerin yalıtımının elektrik iletkenliklerini değiştirmesi gibi.

Bulgularımız ilk kez, insanlar arasındaki beyin kablo izolasyonundaki varyasyonun, beyin bölgelerinin nasıl iletişim kurduğundaki önemli farklılıklarla ilişkili olduğunu gösterdi. Örneğin, iki beyin bölgesini birbirine bağlayan belirli bir “beyin telinde” daha fazla miyelin bulunan katılımcılar, bu iki beyin bölgesi arasında daha güçlü bir elektriksel bağlantıya sahip olma eğilimindedir.

Bu önemlidir, çünkü miyelinin sadece hastalık için değil, aynı zamanda beynin günlük işleyişi için de önemini doğrular. Aynı zamanda, insan beyninin farklı bölgelerinin birbirleriyle nasıl iletişim kurduğunun ince ayrıntılarını anlamak için miyelini incelemenin faydasını da gösterir.

Son olarak, sonuçlarımız aynı zamanda önemli pratik çıkarımlar da taşımaktadır. Bireysel beyin kablo yalıtımımız, beyin stimülasyonuna nasıl tepki verdiğimizle bağlantılıysa, miyelin hakkındaki bilgiler gelecekte beyin stimülasyonuna verilen klinik tepkileri incelemek için kullanılabilir mi?

Örneğin, TMS halihazırda majör depresyon için umut verici bir terapi olarak kullanılmaktadır, ancak insanların bu tedaviye nasıl tepki verdiği konusunda büyük değişkenlik göstermektedir.

Beyin kablo izolasyonu hakkında bilgi, bazı insanların TMS’ye neden diğerlerinden daha iyi yanıt verdiği hakkında bize daha fazla bilgi verebilir mi? Ve bu nihayetinde tedaviyi daha iyi uyarlamamıza yardımcı olabilir mi? Bu soruların cevaplarını hala alabilmiş değiliz.

Bununla birlikte, kesin olan şu ki, bir zamanlar beynin hiç de ilginç olmayan bir parçası olduğu düşünülen beyin kablolarımızın bu yağ açısından zengin yalıtımının bizi daha heyecan verici sürprizler bekleyeceği muhtemeldir.

Bu sinirbilim araştırma haberleri hakkında

Soyut

Eylem yeniden programlama sırasında interhemisferik yol miyelinasyonu ve kortiko-kortikal etkileşimler arasında makroskopik bir bağlantı

Miyelinizasyon, yetişkin insan beyninin işlevinde ve işlev bozukluğunda giderek daha fazla rol oynamaktadır. Akson miyelinasyonunun hayvan modellerinde akson fizyolojisini şekillendirdiği bilinmesine rağmen, benzer bir ilkenin canlı insan beyninde ve beyaz cevher yollarındaki tüm akson demetleri düzeyinde geçerli olup olmadığı açık değildir.

Burada, insanlarda iki beyin bölgesi arasındaki kortiko-kortikal etkileşimlerin, onları birbirine bağlayan beyaz cevher yolundaki miyelin miktarı tarafından şekillendirilebileceğini varsaydık.

Bu hipotez için bir test yatağı olarak, iyi tanımlanmış bir interhemisferik premotor-motor devresi kullanıyoruz. Büyük bir sağlıklı denek kohortunda, multimodal miyelin belirteçleri (MT, R1, R2* ve FA) ile eylem yeniden programlaması sırasında TMS’den türetilen kortiko-kortikal etkileşimlerin fizyolojik ölçümlerini birleştirdik.

Premotor-motor etkileşiminin fizyolojik ölçümlerinin geniş ölçüde çoklu miyelin belirteçleri ile ilişkili olduğunu bulduk, bu da kanal miyelinasyonundaki bireyler arası farklılıkların motor ağ fizyolojisinde bir rol oynayabileceğini düşündürmektedir. Ayrıca, miyelinasyon ölçümlerinin, yerel birincil motor korteks dinamiklerini etkileyerek dolaylı olarak eylem değiştirmeye bağlandığını da gösterdik.

Bu bulgular, beyaz cevher yollarındaki miyelinasyon seviyelerinin, görevler sırasında milisaniye düzeyinde kortiko-kortikal etkileşimleri etkileyebileceğini düşündürmektedir. Ayrıca motor ağın fizyolojisi ile bileşenlerini birbirine bağlayan yolların miyelinasyonu arasındaki bağlantıyı ortaya çıkarırlar ve beyin miyelinasyonu ile insan davranışı arasındaki ilişkiye aracılık eden varsayılan bir mekanizma sağlarlar.