Beyin, bilgiyi işlemek için belki de hayal edilebilecek en karmaşık makinedir. Yönettiğiniz veri miktarı çok büyük. İç ve dış, bilinçli veya bilinçsiz herhangi bir olayın farkında olunması, ifade edilmesi ve uygun eylemle karşılık verilmesi gerekir. Ayrıca, zihnin daha yüksek faaliyetleri, beynin mantıksal detaylandırma, önceki deneyimlerle ilişkilendirme (bellek) ve muhakeme geliştirme ile ilgili farklı bölgeleri arasında bilgi transferini gerektirir. Hemen hemen tüm beyin hastalıkları ve hatta küçük kusurlar, beyinde bilgiyi yöneten altta yatan sistemin bozulmasıyla ilişkilendirilebilir.
Bilginin iletilmesi ve yönetilmesindeki ana oyuncular sinapslardır, dolayısıyla beyin bilgi işleme anlayışı, sinaptik işlevlerin tam olarak anlaşılmasını dışlayamaz. Bu makale, sinaptik iletimin altında yatan mekanizma hakkında bilgi sağlamakta ve en yaygın beyin sinaps tipini (glutamaterjik sinaps) örnek olarak kullanarak, bilginin iletimini ve yönetimini düzenleyen en ilgili mekanizmalardan bazılarını vurgulamaktadır.
Beyin, çevreden ve vücudun içinden paralel olarak sürekli olarak bilgi evrimleştiren tüm bilgi işlem makinelerinin belki de en karmaşıkıdır. Elbette, araştırma düzeyi ne olursa olsun (moleküler düzeyden nörolojik ve psikolojik düzeye kadar), hemen hemen tüm nörobilim, doğrudan veya dolaylı olarak beyin bilgi işleme veya işlev bozukluğu ile ilgilenir. Bu makale, bilgi aktarımının bazı temel yönleri hakkında bilgi ve nöronlar arasındaki akışını kontrol etmenin karmaşıklığının bir örneğini sağlar.
Nöronlar, temel olarak göndermek ve almak için kullandıkları sinaptik bağlantılar yoluyla bilgi paylaşırlar. Birçok nöron arasındaki girdi-çıktı bağlantısı, sinir ağlarını ve tüm beyni çalıştıran sistemdir. O halde sinapslar, nöronlar arasında bilgi aktarımı için temel noktalardır, ancak daha sonra daha ayrıntılı olarak göreceğimiz gibi, aynı zamanda birincil bilgi kodlama sistemi ve artikülasyon sistemidir. Aktiviteleri, aslında, bir nöron tarafından başak dizileri biçiminde kodlanan bilgileri, presinaptik kodun postsinaptik temsilindeki ilk adım olarak tanımlayabileceğimiz bir postsinaptik potansiyeller zincirine (PSP’ler) dönüştürür. Presinaptik bir nöronun spike dizisini bir uyaranın temsili olarak düşünürsek, sinaptik düzeyde üretilen PSP’ler o uyaranın sinaptik temsili olacaktır.
Bununla birlikte, bir uyaranın anlamı yalnızca çevresel bir uyaranın kodlanması anlamına gelmez. Birkaç nörondaki dürtü zincirleri, yalnızca uyaranların bir kodlaması değil, aynı zamanda hafızanın, akıl yürütmenin, akıl yürütmenin vb. Ayrıca spike dizisinin rolü ne olursa olsun ilişkili üst düzey sunumlara katılır, diğer nöronlara iletilen ve PSP dizisindeki sinaptik düzeyde çevrilen bilgileri temsil eder. Bunun postsinaptik yükselme dizisine nasıl yeniden kodlandığı, tüm nöronal girdilerin tutarlı bir zaman penceresine karmaşık entegrasyonuna bağlıdır.
Bu sadece uyaranları kodlamakla ilgili değil, aynı zamanda hafızayı, muhakemeyi, muhakemeyi vb. Ayrıca PSP sekansı ile ilişkili daha yüksek dereceli sunumlarda yer alırlar.Spike sekansının rolü ne olursa olsun, diğer nöronlara iletilen ve PSP sekansındaki sinaptik seviyede tercüme edilen bilgiyi temsil eder. Bunun postsinaptik yükselme dizisine nasıl yeniden kodlandığı, tüm nöronal girdilerin tutarlı bir zaman penceresine karmaşık entegrasyonuna bağlıdır. Sadece uyaranların kodlanması değil, aynı zamanda hafızanın geri alınması, akıl yürütme, akıl yürütme vb. Ayrıca PSP sekansı ile ilişkili daha yüksek dereceli sunumlarda yer alırlar.Spike sekansının rolü ne olursa olsun, diğer nöronlara iletilen ve PSP sekansındaki sinaptik seviyede tercüme edilen bilgiyi temsil eder. Bunun postsinaptik yükselme dizisine nasıl yeniden kodlandığı, tüm nöronal girdilerin tutarlı bir zaman penceresine karmaşık entegrasyonuna bağlıdır.
Son 50 yılda onları anlamak için çok çaba harcanmış olsa da, nöronların gerçekte bilgiyi nasıl kodladığı, kullandığı ve paylaştığı bir gizem olmaya devam ediyor. Belirli bir olay için bir nöron kodunun, belirli bir zaman penceresindeki bir dizi temel bitten (impuls) oluştuğu genel olarak kabul edilir. Belirli bir uyarana ilişkin kodun anlaşılması daha zor hale getirilir çünkü bu dizi, aynı uyaran için üretildiğinde bile genellikle zaman içinde (düzensiz, tekrarlanmayan dönemler arasında) rastgele dağılmış görünür.
Şimdiye kadar, tokenin potansiyel doğası hakkında, her ikisi de çok sayıda güçlü ampirik kanıtla desteklenen iki ana fikir doğrulandı. Bunlardan birine göre, uyaran, belirli bir zaman penceresindeki ani yükselmelerin sıklığına göre kodlanır. Ani artışların birçok farklı zaman dizisi aynı frekansı verebilir çünkü bu, verilen zaman penceresinde kaç tane ani yükselmenin iletildiğine bağlıdır. Alternatif, şifrelemenin ani artışın tam zamanlamasına yerleşik olduğunu varsayar.
Nöronlar tarafından dalgalanma zincirlerinde (kesin frekansta veya zamanlamada) üretilen kod arasındaki ilişkiyi anlamadaki zorluk, öncelikle, nöronların aldıkları binlerce sinaptik girdi sayesinde uyarıları nasıl ürettiklerine dair kesin bilgi eksikliği ile birleşiyor. Buna karşılık, bu bilgi eksikliği, sinapsların PSP dizisindeki presinaptik bilgiyi nasıl kodladığına dair devam eden düşük bilgi seviyesinden kaynaklanmaktadır. Sinaptik aktarımın altında yatan mekanizmaları anlamak, Parkinson hastalığı, Alzheimer ve otizm gibi hafıza ve diğer beyin fonksiyonlarını bozan başlıca beyin hastalıklarının insidansı da dahil olmak üzere sinirbilimin tüm alanlarında esastır. Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, sinapsların yapısal uyum için tüm özellikleri deneysel yaklaşımlarla açıklanamadığından, şu anda dünya çapında çok çeşitli deneysel yaklaşımlar ve aynı zamanda matematiksel modelleme ve bilgisayar simülasyonları kullanılarak sinaptik iletimi incelemek için büyük bir çaba harcanmaktadır.
Hipokampusun korteksindeki veya alt bölgesindeki tipik piramidal nöronlar, binlerce sinaptik girdi (3000-30.000) alır. Bunların en büyük kısmı (%80) nörotransmiter olarak glutamat (Glu) kullanan uyarıcı girdilerdir. O halde, bu sinapsların bilgi aktarımı ve yerleşimi için en önemli yol olduğunu varsaymak mantıklıdır. Glutamaterjik piramidal nöronların aktivitesi için belki de en önemli düzenleyici sistem, onları kullanan inhibitör nöronlar tarafından iletilir. Bir nörotransmiter olarak aminobütirik asit (GABA)
GABAerjik sinapslar, piramidal bir nörona giren sinapsların %10-20’sini temsil eder ve eksitatör glutamaterjik sinapslar arasındaki dendritik dalların şaftında stratejik olarak bulunur. Glutamaterjik sinapslar normalde dendritik dalların şaftından çıkıntı yapan dikenler (bir tür uzama) üzerinde bulunur. Aktive edildiklerinde, zarı depolarize eden bir akım olan uyarıcı bir postsinaptik akım (EPSC) üretirler. VmVm) sözde uyarıcı postsinaptik potansiyeli (EPSP) üretir. Bir GABAerjik (esas olarak GABAAA tipi) düzenleyici eylem, VmVm sinapslarını, zar potansiyeli üzerinde zıt bir etkiye sahip olan bir inhibitör postsinaptik potansiyel (IPSP) üreten sözde inhibitör postsinaptik akım (IPSC) aracılığıyla yeniden polarize etmektir.
Bu büyük girdilerin aktivitesinin nöronal somaya entegrasyonu, nöronal uyarıcı (kodlama) davranışını belirler. Ortalama olarak, bir nöronun başka bir nöronla bir sinaps yaptığı göz önüne alındığında, her nöron, taşıdığı bilgiyi iletmeye çalışan binlerce nörondan bir bağlantı alır. Bununla birlikte, belirli bir alandaki (verici alan) birçok nöron, aynı nörona (alıcı nöron) tek bir kontak verebilir. İletim bölgelerindeki birçok nöron uyaran tarafından uyarılırsa, alıcı nöronlar üzerindeki sinaptik yanıtların entegrasyonu, uyaranın postsinaptik bir temsilini üretecektir. Örneğin, dentat girusun birkaç nöronu, hipokampusun alt alanlarından birinin (CA1 veya CA3) aynı nöronuna girebilir. Ayrıca, bir girdi, farklı bölgelerdeki diğer nöronlardan gelen girdilerle etkileşime girer (daha önce bahsedilen örnekteki entorhinal korteks).
Bilgiyi tek bir nöron tarafından yönetme probleminin bu kısa ve eksik sunumuna bakarsak, pim dizisi ile ürettiği kod arasındaki yazışmanın, girdiler arasındaki korelasyonun nasıl ve neden bu kadar değişken olduğu açık hale gelir. Oluşturulan kod rastgele ve tahmin edilemez görünüyor. Bu çerçevede, büyük bir karmaşıklık, her bir sinapsın tek bitlik (çivili) bilgi transferini düzenleyen mekanizmalara bağlıdır. Sinaptik aktivite birçok faktörden büyük ölçüde etkilenir. Her şeyden önce, glutamaterjik sinapsın postsinaptik nöronal koda katkıda bulunma şekli, büyük ölçüde sinapsın bulunduğu dendritin biyofiziksel özelliklerine ve lokusundan somaya giden yola bağlıdır. Sinapsta üretilen elektrik sinyali, dendritik yola bağlı olarak esas olarak dendritik uzunluk boyunca değişen dendritik yolun kablo özelliklerine göre mesafe ile zayıflar.
Mesafe ile zayıflama üstel tiptedir. Genel olarak, somaya uzak dalların daha yüksek giriş empedansı, bazı yazarların bir tür ‘sinaptik demokrasi’ olarak kabul ettiği bir olgu olan EPSP’den daha yüksek genlikler üreten uzak sinyallerin yayılmasına yardımcı olur. Nöronlara iletilen sinaptik bilginin modülasyonunda yer alan bazı temel mekanizmalar hakkında bir fikir vermek için, aşağıda sinaptik aktarımın temel mekanizmasını kısaca, bu süreçlere özellikle dikkat ederek basitleştirilmiş bir şekilde hatırlayacağız. (sinyal modifikasyonuna katılım)
Bilgi iletme ve değiştirme yeteneğinin bir kısmı doğrudan sinaptik yapıyla ilgilidir. Bu nedenle, önce genel glutamaterjik sinapsları ve ardından tek bitlik sinaptik bilgi (EPSP) tarafından taşınan bilginin modülasyonunu etkileyen sinaptik öncesi ve sonrası mekanizmaları tanımlayacağız. Modlamanın bir dizi anahtar bit (“kelime”) üzerindeki etkisi de dikkate alınacak ve son tartışma, farklı modülasyon şemalarının etkilerini özetleyecektir.
kaynak:
https://www.researchgate.net/publication/304183443_Information_Processing_in_Synapses
https://www.intechopen.com/books/advances-in-neural-signal-processing/information-processing-and-synaptic-transmission
yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]
İlk Yorumu Siz Yapın