Neuron biliminin en zor soruları ve bunlar için sinir bilimcilerin bulanık çözümleri: (Erdoğan Merdemert, 23 Kasım 2013)

Neuron biliminin en zor soruları ve bunlar için sinir bilimcilerin bulanık çözümleri:

1-Belirli bir nöron tarafından gönderilen sinyalin zamanının ayarı ve hassasiyeti (zamansal hassasiyet) nasıl yapılır?

2-Sayısız postsinaptik hedef nöronların hepsi birden aynı sinyali (bilgiyi) mi alırlar? Eğer öyle değilse bir nöron kendisine ait olan bilgiyi (sinyali) nasıl saptar?

3-Postsinaptik nöronlar bilgiyi nasıl okurlar?

4-Nöronal devreler için gerekli hassas zamansal kodlar hangi yöntem (processes) ile üretilir?

Bellek, bilinç, öğrenme otonom sistem için gerekli bu bağlantı uygulamaları esas olarak nöronlar arası sinapslarda kuvvetlendirilen connectionlar tarafından yapılır, yeri ve tekniği tam olarak belirlenememiştir. Yukarıdaki sorulara cevaben bu açıklamada olduğu gibi neural decoding ve encoding konusunda açık bir belirsizlik olduğu kabul ediliyor. “Implicit about the decoding hypothesis is the assumption that neural spiking in the brain somehow represents stimuli in the external world. The decoding of neural data would be impossible if the neurons were firing randomly: nothing would be represented. After varying the range of stimuli that is presented to the observer, we expect the neurons to adapt to the statistical properties of the signals, encoding those that occur most frequently. (Horace Barlow cambridge University Department of Physiology, Development and Neuroscience former research professor).

En son verilere ve araştırmalara göre dış dünyaya ait uyarı sinyallerinin, örneğin göz hücrelerinden gelen uyarıların beyinde ayırdedilebilmesi için ilgili sinapslarda zamana bağlı ateşleme sayısı, ateşlemelerdeki dalgalanmalar, ateşlemenin süresi, yüksek frekanslı ateşleme değeri ve en sonunda bir dizi nöronun ortak aktiviteler ile uyarıları temsil etme yeteneği gibi metodlar geçerli kabul ediliyor. Ama bunların hiçbiri birinci sorudaki bir nöronun kendi kendine bunu nasıl yaptığını açıklamıyor. Bir nöron stabil, yani durgun olduğunda -70 milivolt gibi bir (resting potential) dinlenme geriliminde bekler, eşit değer ise -55 milivoltdur ve ancak +10 depolorirazyon geriliminden sonra +30 milivoltta aksiyon potansiyeli başlar. Bütün bu değerlere göre skalamız veya diğer bir deyişle herşey bu toplam 100 milivoltluk bir değer aralığında vuku bulur yani dünyayı görüp algılamamız, değerlendirmemiz ve hafızamızda tutmamız bu değerlere ve bunları gerçekleştiren sodyum, potasyum ve karbon v.b. iyonlarına bağlıdır ve bu sadece ve sadece bir tek nöron için elde edilen doğru ölçümlerdir. Bazen bu bir tek nöronda (örneğin purkinje hücresinde) üç veya dörtbin bağlantı (sinaps) vardır ve bu sianpslar çok çok kısa aralıklarla hep birden veya gurup halinde aktif olurlar, tabii bunu nöron gurubu için (bir modül en az iki milyon kadar) düşünürsek durum iyice karışacaktır ve daha kötüsü yine birinci sorunun cevabından iyice uzaklaşmış oluruz çünkü artık o tek nöronun bunu -yani gönderdiği sinyalin hassasiyetini ve süresinin zamanını ayarlama aktivitesini- artık diğerlerine “göre” de yapması gerekecektir. Bunun anlamı şudur: bir nöronun bir bilgiyi iletmek için o bilginin kapsamına ait kendine düşen kısmı anlayıp az veya çok oranda ateşleyerek ya da kısa kısa peşpeşe ateşleyerek veya uzun veya kısa sürelerle ateşleyerek o bilgiyi kodlaması gerekir dahası bunu bağlı olduğu gurup ile de organize olarak da yapmalıdır ve daha daha ilginç olan ise o hücrenin veya hücrelerin buna kendileri karar vermeleri (söz konusu beyin ve onun işlevsel parçası olduğundan) ve bu süreleri ve sıklıkları kendileri belirlemeleri ve hep birlikte konuşarak ve anlaşarak yapmaları lazımdır.

İkinci soruda alıcı nöronların gelen sinyalleri seçebilme sorunu vardır ki burada farz edildiği üzere eşzamanlı binlerce, milyonlarca farklı uyarı sinyalinden (eğer bu mümkünse) kendisi için gelmiş olanı tanıyıp alan nöronun bunu nasıl başardığının zorunlu anlaşılmazlığıdır çünkü bir uyarı sinyali iki tabanlı sayı sistemi gibidir yani ya uyarır ya da bastırır, kuvveti sahip olduğu voltaj değerine bağlıdır ki bu milyonlarca farklı kombinasyon oluşturmaya yetmez ama değişik sinaps kapılarının binding moleküllerinin çok karmaşık yapısı ve ürettikleri proteinler de devreye girdiğinde bunlara farklı neurotransmitterleri de eklediğinizde istemli ya da istemsiz hareket aktiviteleri üretmek mümkün olabilir. Bir örnek olması açısından şöyle bir deney yapmak ve sonucunu tahmin etmek hiç zor değildir: Çok etkili ses ve ışık yalıtımı olan ısısı stabil bir tecrit odasında hareketsiz duran birinin doğal olarak beynine hiçbir fiziksel uyarı dış dünyadan gelmez yani ne ses ne ışık ne dürtü ve ne de ısı farklılığı ama bu kişinin düşünce etkinliği burada tam olarak çalışır yani tamamen kendiliğinden ve hatta daha iyi düzeyde. Bu örneği anlamanın kolay ama açıklamanın imkansız olduğunu bilim de kabul etmelidir çünkü uyaran olmadan çalışan kapalı bir sistem için çok özel yetenek gerekir ki bu yetenek aslında bir yetenek olarak da kabul edilmemelidir bu ancak tin olabilir, özgür tin.

Erdoğan Merdemert (23 Kasım 2013)