Şimdiye kadar bilinenin aksine, astrositler, beyindeki hafıza depolama süreçlerinde nöronlardan daha kritik bir rol oynayabilir.
İnsan beyninde yaklaşık 86 milyar nöron bulunuyor. Bu hücreler, beynin anıları depolamasına, bilgi ile komutları beyin ve sinir sistemi boyunca iletmesine yardımcı olan elektriksel sinyaller üretiyor.
Beyinde, uzantılarıyla milyonlarca nöronla etkileşime girebilen yıldız şeklindeki hücreler, “astrosit”ler yer alıyor. Astrositler, beyinde hücresel atıkların temizlenmesi, nöronlara besin sağlanması ve kan akışının düzenlenmesi gibi destekleyici görevler üstleniyor.
Son yıllarda yapılan çalışmalarda, hipokampustaki astrosit-nöron bağlantıları bozulduğunda hafıza depolama ve geri çağırmanın zarar gördüğü ortaya çıktı. Mayıs ayında PNAS dergisinde yayınlanan yeni bir çalışmada ise, MIT ve IBM’den bir grup araştırmacı, yeni bir makine öğrenimi modelini kullanarak bu beyin hücrelerinin beynin hafıza kapasitesinde merkezi bir rol üstlendiğini ileri sürdü. Bu, düşünce ve hafızanın beyindeki tek sorumlusunun nöronlar olduğu yönündeki yaygın görüşü çürütüyor.
Hafıza, kalsiyum desenleriyle mi saklanıyor?
Nöronlar elektrik sinyalleri kullanırken, astrositler kalsiyum dalgalarıyla iletişim kurar. Bu sinyaller, “üçlü sinaps” adı verilen bir yapı üzerinden nöronlarla etkileşime girer. Üçlü sinaps oluşturmak içinse her biri bir sinapsı sarabilen ince uzantılar (prosesler) gönderirler. Ayrıca, gliyotransmiter adı verilen kimyasallar salarak sinapsların işlevini etkileyebilirler.
Araştırmalar, astrositlerin sinaps aktivitesine yanıt olarak iç kalsiyum seviyelerini değiştirdiğini gösteriyor. Bu değişikliklerin astrositten sinapsa kimyasal habercilerin salınmasını tetikleyebileceği düşünülüyor.
Bu prosesler, sinaps üzerinden bilgi gönderildiğinde algılayan, bu bilgiyi diğer proseslere ileten ve ardından geri bildirim alan minik kalsiyum bilgisayarları gibi çalışıyor. Sonuçta, bu zincirleme iletişim nöronlara geri dönüyor ve nöronlar da kendi aktivitelerini buna göre ayarlıyor. Ancak astrositlerin nöronlardan aldıkları bilgilerle tam olarak hangi hesaplama işlevlerini yerine getirdikleri bilinmiyordu.
Bu işlevi daha iyi anlamak için Kozachkov ve ekibi, astrositlerin birçok sinapsa bağlanabilmesinden yola çıkarak, nöron-astrosit ilişkisel hafıza modeli geliştirdi. Bu model, geleneksel Hopfield ağlarından çok daha fazla bilgi depolayabiliyor ve beynin hafıza kapasitesini açıklamaya yetecek düzeyde.
Geleneksel makine öğrenimi ağları, yalnızca çiftler halindeki nöronları bağladığında sınırlı bilgi kodlayabiliyor. Tek bir astrositin binlerce sinapsa bağlanabildiği göz önüne alındığında, astrositlerin tüm bu bağlantılar arasında iletişimi sağlayabileceğini düşünüyorlar. Bu, beynin devasa depolama kapasitesini nasıl elde ettiğini açıklayabilir.
Yeni çalışmada, astrositlerin hafızayı iç kalsiyum desenlerindeki kademeli değişikliklerle depoladığı ve bu desenlerin daha sonra kimyasal haberciler şeklinde nöronlara gönderilen sinyallere dönüştürüldüğü öne sürüldü. Yeni modelde, her bir astrosit prosesi (tüm hücre yerine) ayrı bir hesaplama birimi olarak işlev görüyordu.
Bununla birlikte, bilim insanları astrositlerin hafıza oluşumundaki rolünü henüz yeni anlamaya başlasa da, MIT ekibinin öne sürdüğü gibi bu hücrelerin kalsiyum temelli etkileşimlerinin gerçekten anıların oluşturulmasına, depolanmasına veya hatırlanmasına yardımcı olduğuna dair net bir kanıt yok. Ancak model doğru çıkarsa, hafıza kapasitesinin beyindeki astrosit-sinaps etkileşimlerinin sayısıyla ölçeklenebileceği fikri yeni bir bakış açısı sunabilir.
Astrositlerin Alzheimer ve diğer hafıza bozukluklarında rol oynadığı bilinirken, ekip, bu yeni modelin nörodejeneratif hastalıkların tedavisine ışık tutabileceğini söylüyor. Ancak bu çalışmanın klinik tedavilere dönüşmesi için çok daha fazla araştırmaya ihtiyaç var. Nörobilimin ötesinde, yapay zeka alanında da uygulamalara kapı aralayabilir. Model, beyin benzeri donanım sistemleri oluşturmak için kullanılabilir.
Kaynak: PNAS
