Planlı hareket, günlük yaşamımız için gereklidir ve genellikle gecikmeli yürütme gerektirir. Çocukken bir koşu yarışında çömelmiş ve hazır vaziyette başla komutunu bekliyorduk.. Yetişkinler olarak ise trafik ışığının yeşile dönmesini bekleriz. Her iki durumda da beyin, kesin hareketlerimizi planlamıştır, ancak belirli bir işarete kadar (örneğin, “BAŞLA!” veya yeşil ışık) onların yürütülmesini bastırırız. Şimdi bilim insanları, bu ipucuna yanıt olarak planları eyleme dönüştüren beyin ağını keşfettiler.
Dr. Inagaki, “Beyin bir orkestra gibidir” diyor. “Bir senfonide, enstrümanlar farklı tempolar ve tınılarla farklı melodiler çalar. Bu seslerin toplamı müzikal bir cümleyi şekillendirir. Benzer şekilde, beyindeki nöronlar çeşitli kalıplar ve zamanlamalarla aktiftir. Nöronal faaliyetler topluluğu davranışlarımızın belirli yönlerine aracılık eder. “
Örneğin, motor korteks, hareketi kontrol eden bir beyin alanıdır. Motor korteksteki aktivite kalıpları, hareketin planlama ve yürütme aşamaları önemli ölçüde farklıdır. Bu kalıplar arasındaki geçiş, hareketi tetiklemek için kritik öneme sahiptir. Ancak bu geçişi kontrol eden beyin bölgeleri bilinmiyordu. Dr. Inagaki, “Kondüktör görevi gören beyin bölgeleri olmalı” dedi. “Bu tür alanlar çevresel ipuçlarını izler ve bir modelden diğerine nöronal aktiviteleri düzenler. Kondüktör, planların doğru zamanda eyleme dönüştürülmesini sağlar.”
Ekip, planlı hareketi başlatmak için iletken görevi gören nöral devreyi tanımlamak için, bir farenin işaretle tetiklenen bir hareket görevi gerçekleştirmesi esnasında aynı anda yüzlerce nöronun aktivitesini kaydetti. Bu görevde fareler, bıyıklarına dokunulduğunda sağı, bıyıklarına dokunulmadığı takdirde solu yalayacak şekilde eğitildi. Hayvanlar doğru yönde yalarlarsa bir ödül aldılar. Hayvanlar, bir ses ya da “başla işareti” çalınana kadar hareketlerini geciktirmek zorunda kaldılar. Sadece hareket işaretinden sonraki doğru hareketler ödüllendirilecekti. Bu nedenle, fareler yalayacakları yönün bir planını, devam edene kadar sürdürür ve planlanan yalamayı daha sonra yürütür.
Bilim insanları daha sonra karmaşık nöronal aktivite kalıplarını davranışsal görevin ilgili aşamalarıyla ilişkilendirdi. Araştırmacılar, hareket işaretinden hemen sonra ve motor planlama ile yürütme arasındaki geçiş sırasında beyin aktivitesinin gerçekleştiğini buldular. Bu beyin aktivitesi, orta beyin, talamus ve korteksteki bir nöron devresinden kaynaklandı.
Ekip, bu devrenin bir iletken görevi görüp görmediğini test etmek için optogenetik kullandı. Bu yaklaşım, bilim insanlarının ışığı kullanarak bu devreyi etkinleştirmelerini veya devre dışı bırakmalarını sağladı. Davranışsal görevin planlama aşamasında bu devreyi etkinleştirmek, farenin beyin aktivitesini motor planlamadan yürütmeye çevirdi ve farenin yalamasına neden oldu. Öte yandan, başla işareti çalarken devreyi kapatmak, hareketi bastırdı. Fareler, hareket sinyalini almamışlar gibi bir motor planlama aşamasında kaldılar.
Dr. Inagaki ve meslektaşları tarafından yapılan bu çalışma, çevresel ipuçlarına yanıt olarak hareketi tetiklemek için kritik bir sinir devresi tanımladı. Dr. Inagaki, bulgularının davranışsal kontrolün genelleştirilebilir özelliklerini nasıl gösterdiğini açıklıyor. “Motor korteksin aktivitesini motor planlamadan uygun zamanda yürütmeye doğru harekete geçiren bir devre bulduk. Bu bize beynin nöronal aktiviteyi karmaşık davranışlar üretmek için nasıl düzenlediğine dair fikir veriyor. Gelecekteki çalışmalar bu devrenin nasıl olduğunu anlamaya ve birçok diğer çalışma farklı beyin bölgelerindeki nöronal aktiviteyi yeniden düzenlemeye odaklanacak.”
Beynin nasıl çalıştığını anlamadaki bu temel ilerlemelere ek olarak, bu çalışmanın önemli klinik sonuçları vardır. Parkinson hastalığı gibi motor bozukluklarda, hastalar yürüme de dahil olmak üzere kendi kendine harekete geçmede zorluk yaşarlar. Bununla birlikte, zemindeki çizgiler veya işitsel tonlar gibi hareketleri tetiklemek için çevresel ipuçlarının eklenmesi, hastanın hareketliliğini önemli ölçüde iyileştirebilir. Paradoksal kinezi olarak bilinen bu fenomen, beyindeki farklı mekanizmaların kendi kendine başlatılan hareket ve işaretle tetiklenen hareket için kullanılabileceğini öne sürüyor. İşaretle tetiklenen hareketlerde yer alan ve Parkinson hastalığında nispeten korunan beyin ağlarını keşfetmek, tedaviyi optimize etmeye yardımcı olabilir.
Kaynak: Haruki Onosato, Genya Fujimoto, Tomota Higami, Takuya Sakamoto, Ayaka Yamada, Takamasa Suzuki, Rika Ozawa, Sachihiro Matsunaga, Motoaki Seki, Minoru Ueda, Kaori Sako, Ivan Galis, Gen-ichiro Arimura. Sustained defense response via volatile signaling and its epigenetic transcriptional regulation. Plant Physiology, 2022; DOI: 10.1093/plphys/kiac077
