Brain Dynamics Lab @MEF

  • Zeynep Okcu

Uyku ve Sirkadiyen Ritimler

Neredeyse tüm canlıların hayatında zaman önemli bir yere sahiptir. Gün içerisinde çalışmak, öğrenmek ve dinlenmek gibi pek çok aktiviteye zaman ayırmamız gerekir. Tüm bunları yapmak için ise sadece 24 saatlik bir zaman dilimine sahibiz. Zamanı etkili kullanmak bizim için bu kadar önemliyken gün içerisinde dinlenmeye de ihtiyaç duyarız. Çünkü dinlenmek ve uyumak canlıların yaşamlarında önemli bir yere sahiptir. Bu sebeplerden ötürü, 24 saatlik zaman dilimine göre yaşayan bizler neden dinlenmemiz gerektiği sorusu ile karşı karşıya kalıyoruz.


Uyku ve sirkadiyen ritimler; nöral uyarılabilirlik, sinaptik etkinlik ve öğrenme, hafıza gibi bilişsel yetenekler dahil olmak üzere beyin esnekliği ile ilgili süreçleri etkiler. Uyku ve sirkadiyen saatin beyin üzerinde nasıl bu kadar etkisi olduğu, biyolojinin çözülememiş en büyük gizemlerinden biridir. Bu süreçlerle ilgili ipuçlar, hayvanlar aleminin her yerinde gözlemlendi ve uykunun bu süreçleri yöneten sirkadiyen sistemin filogenetik (bkz; phylogenetic) olarak korunduğu temel mekanizmalarına işaret ediyor.


Bu araştırma konusu, uyku ve kronobiyolojik özellikler hakkındaki güncel araştırmaları ve görüşleri vurgulamaktadır. Makaleler gözden geçirildiğinde, uyku ve sirkadiyen bozulmanın bilişsel süreçler üzerindeki işlevsel sonuçlarının tartışıldığını ve bu gelişen sinirbilim alanındaki mevcut fikirlerin araştırıldığını görüyoruz. Araştırmacılar uyku, saatler ve hafıza arasındaki ilişkileri incelemek için omurgasız model sistemlerini kullanmanın önemini vurgulamışlardır. Omurgalı ve omurgasız türler, yüz milyonlarca yıllık evrimle birbirlerinden ayrılmış olmasına rağmen, karmaşık davranışları ve esneklik süreçlerini şekillendiren ortak moleküler ve hücresel mekanizmalara sahiptirler. Bu temel mekanizmaların korunması, ilk olarak türlerin hayatta kalmaları için daha iyi donatılmak ve sirkadiyen süreçler tarafından yönetilen eski uyarlanabilir süreçlerden ortaya çıkmış olabilir. Bu da birden çok organizmada test edilebilir hipotezlere yol açmıştır. Güçlü fenotipler ve maliyet etkinliği ile birleştirilmiş mevcut genetik ve moleküler araçlar, omurgasız türleri bellek oluşumunun kronobiyolojik yönleri gibi karmaşık davranışların altında yatan mekanizmaları araştırmak için güçlü hayvan modelleri haline getirir. Araştırmacılar bu araştırma için çoklu modeller kullandılar. Burada sırasıyla omurgasız modeller, fare modelleri ve kemirgen modellerin üzerinde durulmuştur.


Araştırmacılar, bellek oluşumu üzerindeki günün saati etkilerini ortaya çıkarmak için omurgasız model sistemlerinin gücünden yararlandı.


İlk araştırma, Manduca sexta isimli bir güve türü üzerinden yapıldı, ve bu güve türü koku alma belleğinin günlük düzenlemesinde nitrik oksit (NO) için kanıtlar sağladı. Manduca sexta, bir tür iştah açıcı klasik koşullandırma türü olan yerleşik hortum uzatma refleks paradigmasını kullanarak, NO sinyalinin kısa ve orta vadeli bellek oluşumu üzerinde güçlü gün içi etkilere sahip olduğunu göstermektedir.

İkinci araştırmada ise, uzun süreli hafıza oluşumu üzerindeki günün zamanı etkilerini karakterize etmek için meyve sineği Drosophila melanogaster'daki koku alma önleme koşullandırma paradigması kullanıldı. Araştırmacılar, hafıza performansındaki günün zamanına bağlı farklılıkların uyku, sirkadiyen ritimler ve hafıza oluşumunda rol oynayan bir transkripsiyon (bkz; transcription) faktörü olan dCreb2 proteininin spesifik aktivasyon durumlarındaki değişikliklerle ilişkili olduğunu bulmuşlardır.

Bu çalışmalar, bellek oluşumunda günün zamanına bağlı değişikliklere katkıda bulunan moleküler sinyalleme kademelerini karakterize etmek için omurgasız modelleri içerir ve benzer yolların filogenetik olarak korunup korunmadığını test etmek için gelecekteki çalışmalara zemin hazırlar.


Araştırmacılar, bu seferde uyku ve saatin nörofizyolojiyi nasıl düzenlediğini değerlendirmek için bir fare modeli sistemindeki çalışmaları kullandılar.


İlk araştırma, bellek konsolidasyonu (bkz; memory consolidation) sırasında CA1 hipokampal ağ aktivitesindeki uyku ve uyanmayla ilişkili değişikliklere ilişkin verileri sunar. Önceki çalışmalar, tek denemeli bağlamsal korku koşullandırmasının ardından uykunun gerekliliğini tanımlasa da, koşullandırma ve sonraki uykunun ağ aktivitesi üzerindeki etkileri tam olarak anlaşılmamıştır. Daha sonra, bağlamsal korku hafızasının pekiştirilmesine hipokampuste artan nöronal ateşlemenin eşlik ettiği gösterilmiştir. Araştırmacılar hipokampal ağ stabilitesinin, ölçüldüğünde özellikle koşullandırma sonrası, uykusu sırasında daha yüksek olduğunu gözlemlediler. Bu, uykunun yeni öğrenmeyi takiben nöronal iletişim modellerini stabilize etmede rol oynayabileceğini düşündürdü.


Diğer araştırma ise farelerde nöbet eşiğinin sirkadiyen saat mekanizmaları tarafından düzenlendiğine dair ilk kanıtı sağlar. Bu veriler, uyku ve saat moleküler faktörlerinin memeli beynindeki nöronal ağ aktivitesini düzenleyebildiğini ve kemirgenlerde, aktiviteye bağlı plastisite ile ilgili süreçlerde uyku ve saati ilişkilendiren mekanizmaları keşfetmek için yeni modeller sağladığını göstermektedir.


Son olarak araştırmacılar saat, uyku ve beyin işlevi arasındaki etkileşimleri incelemek için kemirgen modelleri kullandılar.


Birinci araştırmada, hipokampusteki sirkadiyen plastisite mekanizmaları ile üst kiyazmatik çekirdek olan ana sirkadiyen kalp pili arasındaki karşılaştırmalar gözden geçirildi. Araştırmacılar, sirkadiyen nöronal plastisitenin, sinaptik plastisiteyle günlük zamansal sınırlamaları tanımlayan bir terim olan ~ 24 saatlik yinelemeli metaplastisitenin temelini oluşturan endojen saat mekanizmaları tarafından kapandığını öne sürüyorlar.


İkinci araştırmada ise uykuya bağlı bellek işleme çalışmasında kemirgen modeller gözden geçirildi. Burada araştırmacıların özelleştirilmiş laboratuvar protokolleri geliştirmesine ve bunların klinik öncesi testlere uygulanmasına yardımcı olmak için uyku yoksunluğu yöntemleri hakkında kapsamlı bir geçmiş sağlanır.


Bu makaleler, uyku ve sirkadiyen sistemlerin beyin esnekliği ve hafıza oluşumu ile etkileşimlerini incelemek için kemirgen modellerinin kullanımını ve insanlarda bilişsel bozuklukların tedavisini vurgulamaktadır. Bu araştırma konusu aynı zamanda uyku anlayışımızdaki son bulguları ve insanın bilişsel işlevine giden saatin önemini de göstermektedir. Ayrıca bu çalışma uyku, saatler ve bellek arasındaki ilişkiye dair anlayışımızı genişletmek için çoklu model sistemlerini kullanmanın üstünde durmaktadır. Türler arası çalışmalardan elde edilen temel mekanik bulgular, 24 saatlik zaman dilimine göre yaşayan bir toplum için önemli klinik ilişkilere sahip olacaktır.





KAYNAKÇA


Gerstner, R. J., Aton, J. S., and Heller, C. H. (2015). Waking up to the alarm: sleep,

clocks, and making memory (s)tick. Frontiers in systems neuroscience.

https://doi.org/10.3389/fnsys.2015.00065


42 görüntüleme0 yorum

Son Paylaşımlar

Hepsini Gör