Korku için bir sinirsel şalter Understand article

Tercüme eden… Samet Kocabay, Hikmet Geçkil (İnönü Üniversitesi, Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü) Bazı şeyler bizi korkuttuğu zaman donup kalmalı mıyız veya araştırmalı mıyız? Sarah Stanley Avrupa Moleküler Biyoloji Laboratuarından bilim insanlarının korkuya…

Resim EMBL Photolab izniyle

Kaçmak mı, savaşmak mı, beklemek mi? Bir hayvan için korkunun üstesinden gelmek en temel sorudur. Cevap genelde şakak bölgesinde yer alan beynin badem şeklindeki bölümü (amigdala) üzerine dayanmaktadır. Bu bölüm beyinin iç kısmında yerleşik olup, ana algı-işleme merkezidir. Hem farede hem de insanlarda amigdala korkunun belirli bir tipine karşı cevap vermede nasıl davranmamız gerektiğini belirler ve korku tecrübesinin uzun süreli hafıza oluşturmasına yardımcı olur. Ancak, amigdala hücrelerinin diğer beyin hücreleri ile nasıl etkileşime girip korku–uyarılmış özel davranışlar kazandırdığı hakkında çok az şey bilinmektedir. 

İtalya’nın Monterotondo kentindeki Avrupa Moleküler Biyoloji Laboratuarıw1 (EMBL) ve Verona kentinde bulunan GlaxoSmithKlinew2 GlaxoSmithKlinew2’daki bilim insanlarının yenilikçi çalışmaları bu boşluk doldurulmaya başlandı. Bilim insanları amigdala tarafından kodlanan korkunun pek çok farklı tipi üzerine odaklandılar. Yeni teknikler kullanarak, spesifik korku tiplerinde rol alan beynin alanları arasındaki etkileşimleri anlamaya çalıştılar. Bu çalışmalarında iki farklı korku yanıtı arasında bağlantı yapan bir şalter tanımladılar: donup kalma ve ilginç biçimde kaçmak, dövüşmek ve donup kalma seçeneklerine alternatif olan aktif risk değerlendirmesi. 

Rahatsız edici bir şoku bir tonla bağdaştıran şartlandırılmış fare, bir rahatsızlık göstermese bile sesi işittiğinde korkudan dona kalır. Amigdalada Tip 1 olarak adlandırılan sinir hücrelerinin  donup kalma cevabını kontrol ettiği bilinmektedir. Tip 1 hücrelerden diğer hücrelere sinyal yollaması engellendiği zaman, farelerin korkudan donakalmadıkları görülmüştür. Fakat öyle görünmektedir ki, tip 1 sinirleri açan /kapatan bir şalterden daha fazlasıdır.

Hem farmakoloji hem de genetik bilimini kullanan öncü bir yaklaşımda, EMBL bilim insanları fareler üzerinde mühendislik yaparak,  diğer hücreleri bozmaksızın tip 1 hücrelerini bloke etmişlerdir. Bu fareler, sadece kendi tip 1 hücrelerine has ve belli ilaçlara duyarlı olan proteinler (reseptörler) ürettiler. Bu farelere ilgili ilaçlar enjekte edildiğinde, ilaçlar bu reseptörlere bağlanır ve hücrelerin elektrik yükünü bozan kimyasal reaksiyonları başlar. Böylece, bu sinir hücreleri çevredeki beyin bölgelerine artık elektrik sinyalleri iletemezler. 

Cornelius Gross
Resim EMBL Photolab izniyle

İlaçla muameleden önce fareler belirli bir ses tonu ile korkutulmaya alıştırıldı. Bu farelerin Tip 1 hücreleri bloke edildikten sonra, ses tonuna maruz bırakıldılar ve davranışları gözlendi ve analiz edildi.

EMBL’den araştırmaya rehberlik eden Cornelius Gross “Nöronları inhibe ettiğimiz zaman, farelerin donup kalmadığını görmek bizi şaşırmadı. Çünkü korkudan afallamak amigladanın kontrol ettiği bir şeydi. Fakat bu farelerin bakıcılık ve risk değerlendirme davranışlarına sahip olduklarını görmek bizleri çok şaşırttı. Bu durum göstermiştir ki biz farelerin sadece korkularını bloke etmiyor, aynı zamanda olayların üstesinden gelmeleri için onları pasif bir durumdan aktif duruma geçiriyoruz. Bu durum amigdalanın kontrol ettiği bir şey olarak düşünülmüyordu” diyor .

Pasiften aktif korku davranışlarına geçişi sağlayan sinirsel devre sistemini yapan beyin hücreleri arasındaki bağlantıları daha iyi anlamak için bilim insanları fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) cihazı ile beyni tarayarak farklı bölgelerdeki aktiviteyi araştırdılar. Fare gibi küçük hayvanlarda fMRI,  beyin aktivitesinin göstergesi olarak lokal kan hacmini ölçer: beynin neresinde daha çok kan varsa, o bölgenin sinir hücreleri daha aktiftir.  Bu çalışma, farede sinir devre sistemini haritalamak için fMRI’nın kullanımını ilk defa GlaxoSmithKline‘daki Angelo Bifoneve ve ekibi tarafından yeni bir teknik olarak geliştirilmiştir.

Resim EMBL Photolab izniyle

Beyin taraması diğer beklenmeyen bir sonuç daha ortaya koydu. Bilim insanları önceleri amigdalanın, omuriliği beyne bağlayan beyin sapına bilgi akışını sağlayarak korku davranışını yönettiğini düşünüyorlardı. Fakat Cornelius, Angelo ve meslektaşları farelerde tip 1 hücreleri bloke edildiğinde beynin dış tabakası olan korteksin yüksek oranda aktif olduğunu buldular. Yani korteks, farelerin korkuya nasıl yanıt vermesinde oldukça önemli bir rol oynar. Aktivite aynı zamanda farelerde korteks aktivitesini etkileyen kolinerjik bazal önbeyin olarak adlandırılan beynin bir bölgesinde de gözlemlenmiştir.

Tüm beyin taramaları gibi, fMRI da deney hayvanının hareketsiz bir şekilde durmasını gerektirir. Bu yüzden fMRI sadece anestezi ile uyutulmuş fareler üzerinde gerçekleştirilebilir. Fakat bilim insanları bilinci açık farelerde korteks ve korku davranışları arasındaki bağlantıyı doğrulamak istediler. Anestezi yapılmamış farelerde, beyin aktivitesini kaydetmek mümkün olmadığından, araştırmacılar farlı bir yaklaşıma başvurdular. Araştırmacılar, tip 1 hücreleri bloke edilmiş farelerde korteks aktivitesini bloke etmek için antropin ilacı kullandılar. Bu farelerin artık herhangi risk değerlendirme davranışı göstermediklerini gözlemlediler.

Bu yüzden bilim insanları, amigdalanın normalde kolinerjik bazal önbeyni inhibe ederek, beyin köküne pasif korku cevabı gönderdiğini düşünmektedir: donup kalma (bkz. e aşağıdaki resim, A). Ancak, tip 1 sinirler bloke edildiğinde amigdalanın bu inhibisyon etkisi ortadan kalkarak, korteks aktivitesine ve korkuya karşı aktif reaksiyona sebep olur: risk değerlendirme (bkz.  aşağıdaki resim, B).

Bir rahatsız şokla ilişkilendirilen ses tonu ile şartlandırılmış fareler, bu ses tonunu işittikleri zaman amigdalaları aktive olur ve hayvanın donup kalmasını sağlayan beyin köküne bilgiyi iletilir (A)
Resim Nicola Graf, Cornelius Gross ve Marlene Rau’nun izniyle

Ancak farenin tip 1 amigdala sinir hücreleri bloke olmuşsa, bu sinir hücreleri çevredeki tip 2 amigdala hücrelerini artık baskılayamaz. Tip 2 sinir hücreleri kolinerjik basal önbeyin yoluyla korteksi aktive aktive edebilir ve donup kalmayı bloke ederek risk değerlendirmesini aktive edebilirler (B)
Resim Nicola Graf, Cornelius Gross ve Marlene Rau’nun izniyle

İtalya’nın Pisa kentindeki İtalyan Teknoloji Enstitüsünde görev yapanw3 Angelo, “Bu, fonksiyonel MRI’nın karmaşık davranışsal cevapların kontrolü ve duygusal süreçler gibi kompleks görevleri içeren beyin devrelerini çözmedeki kullanımı için iyi bir örenek teşkil etmektedir” diyor.

Birlikte ele alındığında farede korkuya karşı donup kalma cevabını keşfetmede kullanılan bir seri teknik, amigdala’nın korkuyu işlemede daha önce düşünülenden daha karmaşık bir role sahip olduğunu göstermektedir. Dış tehditler için basit bir bilgi gönderme dışında amigdala, nasıl bir cevap oluşturulacağına da karar verir. 

Derin bir şoka dayalı buradaki korkunun oldukça spesifik olduğu gözden uzak tutulmamalıdır. Buradaki çalışma sonuçları, faredeki diğer tip korkulara muhtemelen uyarlanamayabilir. 

Cornelius, “korku bilgisinin farklı tiplerini idare eden çoklu, paralel korku devrelerinin mevcut olduğunu, örneğin fare beyninin bir kısmı kedi gibi bir avcıya karşı korkuyu işlerken başka kısmı başka saldırgan bir fareye karşı olan korkuyu işler. Basitçe açık veya kapalı bir korku devresinin var olduğunu düşünüyorduk, ancak bunun doğru olmadığını gördük” demektedir.

Bilim insanları aynı zamanda, yabanıl farenin tehdit uyarısına cevap vermede risk değerlendirmesini kullanıp kullanmadığı konusunda da emin değiller. Bu çalışmada tip 1 hücreleri bloke edildiğinden,  nöronların doğal olarak inhibe edilmesinin farelerin algılanmış bir tehdit hakkında araştırmacı bir davranış içine girip girmeyecekleri bilinmemektedir.  

Aktif cevap farede doğal olarak bulunuyorsa, bu cevap ne çeşit dış uyarıcılarla aktive olmaktadır? Önceki çalışmalar, hissedilen bir tehditten uzakta olan hayvanların “dövüş-ya da-kaç” cevabı yerine donup kalmayı tercih ettiklerini göstermektedir. Fakat bilim insanları, aktif bir risk değerlendirmesinin mesafe ile ilişkisi konusunda bir şey söylenemeyeceğini düşünmektedirler.   Cornelius, daha az bir tehdit hissine karşı risk değerlendirmesinin donup kalma yerine kullanılacak bir şey olmadığını belirtmektedir.  

Yine de bu çalışma önemli sonuçlar ortaya koymaktadır. Bilim insanları tarafından kullanılan farmakogenetik ve fMRI teknikleri farede sinir devrelerinin araştırılmasında büyük önem arz edebilirler. Farmakogenetik bir yaklaşım kullanan Cornelius ve grubu, diğer bir beyin bölgesi olan hipokampus için girdi sağlayan hücrelerin gerçekten de rahatsız edici bir durumda endişenin uygun bir seviyede tutulmasında rol aldıklarını görmüşlerdir.

Ayrıca biz insanlar da korkuya karşı donma ve risk değerlendirme cevapları sergileriz. Biz de amigdala faredeki gibi aktif /pasif bir şalter analoguna sahibiz. Başka durumlar altındaki korku için normal reaksiyonlara sahip olunsa da, bu bölgede hasar olan ve acı çeken hastalar şartlandırılmış korku cevapları geliştirme yeteneğine sahip değildir. Bundan dolayı,  Cornelius bu çalışmanın sonuçlarının  insanlara doğrudan uygulanabileceğini söylemektedir.

Farklı durumlarda insanların korkuya nasıl tepki verdiğini keşfetmek için çok sayıda bilinmez olmasına rağmen, korkunun çalışılması bilim insanlarına korku tabanlı hastalıkların (örneğin endişeye ve travma sonrası strese dayalı hastalıklar hastalıkları gibi) tedavisi için daha etkili metotlar geliştirmesi imkanı tanıyacaktır. İki kez Nobel Ödülü kazanan kimyacı Marie Curie’nin deyişi ile: “şimdi daha çok anlamanın zamanıdır, dolayısı ile daha az korkmalıyız.’’ 

Download

Download this article as a PDF

References

Web References

  • w1 – Avrupa Moleküler Biyoloji Laboratuarı hakkında daha fazla bilgi için  www.embl.org
  • w2 – İtalya’nın Verona kentinde bulunan GlaxoSmithKline hakkında daha fazla bilgi için: www.gsk.it
  • w3 – İtalyan Teknoloji Enstitüsü hakkında daha fazla bilgi bulmak için: www.iit.it

Resources

Institution

EMBL

Author(s)

Sarah Stanley ABD’nin Santra Barbara kentindeki Kaliforniya Üniversitesi Biyoloji bölümünden mezun olmuştur. Bu makaleyi yazdığında, Avrupa Moleküler Biyoloji Laboratuarında bilim yazma stajyeri idi. Şu anda Discover Magazine’de stajyer olarak çalışmaktadır.


Review

Bu makalede farelerin korkuya karşı cevaplarını anlamak için birkaç deney yapılmıştır (böylece beynin hem aktivitesi hem de davranışı analiz edilmiştir). Böyle bir araştırma, insan beyninin nasıl çalıştığı hakkında bilgimizi ilerletmek için oldukça önemlidir.

Bu makale bilimsel laboratuarlarda bir araştırmanın nasıl yapıldığı hakkında öğrencilere ışık tutmada son derece kullanışlı olabilir. Öğretmenler, öğrencilerine bu makaleyi okutabilir ve onların korkuya karşı verdikleri cevapları bir deneyle gözlemleyebilirler. Ayrıca öğrenciler, atalarımızda bu reaksiyonların evrimsel yararları hakkında ve modern yaşamda nasıl kullanıldıkları hakkında tartışıp, hayvanların korkuya farklı cevapları hakkında ve çevreleri ile davranışları arasında ilişkiyi kurmaya 

Farmakogenetik ve fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (f MRI) gibi yeni araştırma tekniklerinin kullanımı da bu makalede rapor edilmiştir.16 yaş ve üzeri öğrenciler, bu tekniklerin nasıl çalıştığı ve araştırmalardaki önemleri hakkında daha fazla bilgiye ulaşabilirler.

Son olarak, bu makale hayvanlar üzerine araştırmalar konusunda bir tartışmanın başlangıç noktası olarak da kullanılabilir. Öğrenciler, hayvanlardan elde edilen sonuçların insanlara nasıl uygulanacağı hakkında düşünebilir ve hayvan testleri için alternatifleri tartışabilirler.


Mireia Guell Serra, İspanya




License

CC-BY-NC-ND