Yeni araştırma, korteksteki sinapsların gündüz uyarımı ile nasıl genişlediğini ve uykuyla küçüldüğünü, beyni sıfırlayarak sonraki güne hazırladığını açıklıyor.
Uyku ihtiyacı ve uykuya sürükleyen mekanizmalar sürekli olarak bilim insanlarının kafasını karıştırmıştır.
Bunula birlikte, Wisconsin Üniversitesi Tıp ve Halk Sağlığı Fakültesi araştırmacıları tarafından yapılan özgün bir çalışma, hayvanların neden uykuya ihtiyaç duyduğunu bulmak için sinaptik homeostaz hipotezini (SHY) test etmiştir.
SHY teorisi uyku gereksinimini açıklar
Luisa de Vivo ve meslektaşları tarafından ve Science dergisinde yayınlanan bu dört yıllık çalışma, SHY teorisini desteklemektedir.
SHY teorisi, uyanıklık ve uyku saatlerinde sinapslardaki değişiklikleri açıklar. Sinapslar, iki nöron arasındaki birleşme yerleridir; bir sinaps ne kadar büyükse, bu iki sinir hücresi o kadar güçlü iletişim kurabilir; bu iletişim kolaylığı, hayvanların becerileri nasıl öğrendiklerini ve anıları oluşturduklarını açıklar.
Yine de beynin kolay kalıplanabilmesi ve yenilikleri öğrenmesi için, sinapslar küçülmelidir, böylece bu sinirsel yollar yeniden etkinleştirilebilir.
SHY teorisi, uykunun bu sinapsların küçülmesine olanak sağladığını ileri sürmektedir.
SHY teorisine göre uyku, sinapsların küçültülmesi için mükemmel ortamı sağlar ve beynin ertesi gün yeni şeyleri öğrenmesine olanak tanır.
Uyurken uyaranın olmaması, nöronlar arasındaki aktivitenin azalmasına neden olur ve dolayısıyla, nöronlar arasındaki mesafe daha da küçülür ve onların daha zayıf bir uyarıyla etkinleştirilmesine imkan verir.
Bu fenomen, beynin ertesi gün yeni sinirsel bağlantılar kurmasına yardımcı olur ve böylelikle yeni anıların oluşmasına ve daha verimli öğrenmeye olanak sağlar.
SHY teorisinin test edilmesi
Baş yazar Luisa de Vivo diğer araştırmacılarla birlikte, uykudan önce ve sonra sinapsların boyutlarını ölçerek teorilerini test ettiler.
Fare beynini görselleştirmek ve görüntüleri yeniden oluşturmak için üç boyutlu taramalı elektron mikroskobu kullandılar ve yaklaşık 7000 sinapsı ölçtüler.
Özellikle, motor fonksiyonlar ve duyusal algıyı içeren nöronları incelediler.
Ekip daha sonra fareler uyuduktan sonra bu işlemi tekrarladı (farelerin ne kadar uyuduğunu not ettiklerinden emin olarak) ve sinapsları tekrar ölçtü.
Araştırmacılar, sinaptik büyüklüğün farelerin uyuduğu uyku miktarı ile ilişkili olduğunu buldu. Fareler ne kadar uzun süre uyurlarsa, sinapslar o kadar küçülmüştü- birkaç saat uyku ile yüzde 18’lik bir küçülme sağlandı.
İlginç bir şekilde araştırmacılar bu fenomeni yalnızca sinapsların yaklaşık yüzde 80’inde gözlemledi ve sinapsların en geniş olanlarının ise küçülmeye duyarlı olmadıkları görüldü.
Araştırmacılar, bu sinapsların aynı düzeni takip etmeyebileceğini çünkü bu sinapsların sabit, uzun süreli anılar veya becerilerle ilişkili olduğu varsayımında bulundular.
Bu sonuçlar, SHY’nin ana ilkesi olan uyku fonksiyonunun gün boyunca artan sinaps boyutunu normal haline geri döndürmeyi amaçladığını desteklemektedir.
Araştırmacılar, sinapsların küçülmesinin, özellikle noradrenalin olmak üzere, uyku sırasındaki nörotransmitter eksikliği ile ilişkili olabileceği kuramını ortaya koymuştur.
Wisconsin Üniversitesi, Uyku Tıbbı ve aynı zamanda Araştırma Grubu başkanı olan Giulio Tononi, bu çalışmaların bağıntılılığının farelerin ötesine geçtiğine inanmaktadır ve şunu ifade etmektedir “Bulgularımız, fareler üzerinden insanlar için anlam çıkaracak olursak, her gece korteksimizdeki trilyonlarca sinapsın yaklaşık yüzde 20 oranında daha da küçüldüğü anlamına gelmektedir.”
Beynin uyku sırasında maruz kaldığı uyarılma eksikliği, belirli sinapsların küçülmesine olanak tanır ve ertesi gün öğrenmeye ve yeni anılar oluşturmaya hazır bir beyin oluşturulur.
Bu araştırma, hayvanların uzun bir uykuyu takiben becerileri daha iyi öğrendiklerini ileri süren geniş çalışma grubuna mantıklı bir gerekçe sağlamaktadır.
Önemli sinapslar ve sinir yolakları, sistemlerin önemli anıları ve becerileri korumak için evrimleştiğini gösteren “tekrardan normalleşme” sürecine karşı bağışıklığa sahip gibi görünmektedir.
