Şu eşsiz zarafetiyle dallanıp budaklanan hücreye bir bakın. Çoğumuz onu, sinirbilime giriş konularında sıklıkla rastladığımız bir kelimeyle tanıyor: Nöron. Her ne kadar biz bu hücreleri, hep varmış gibi bilsek de, aslında uzun süreler boyunca varlığından haberdar bile değildik. Nöronun ilk şeklini Santiago Ramon Cajal tanımladı. 1889’da bir konferansta duyurduğunda modern sinirbilimin de kapılarını araladı. Gelin, kısaca bu keşfin ardına bakalım. 1830’lu yıllarda Alman bilim insanları, tüm canlıların hücrelerden oluştuğunu iddia ettikleri bir “hücre teorisi” öne sürdüler. O sıralarda, sinir sisteminin detaylarını incelemeyi sağlayacak güçte mikroskoplar yoktu. Bu nedenle, bu teorinin sinir sistemine uyarlanıp uyarlanamayacağı muğlaktı. Bazı bilim insanlarına göre, vücudun diğer parçaları gibi sinir siteminin de hücrelerden oluşması gerekirdi. Bazılarına göre ise, sinir sistemi tamamen sıralı ağlardan oluşan bir dokudan ibaretti.
Nöron doktrini, sinir sistemini oluşturan uzmanlaşmış hücreler olan nöronların özelliklerini tanımlayan, yirminci yüzyılın başında oluşturulmuş bir kavramdır. Nöron doktrini o dönemde sinir sisteminin bileşimine ilişkin iki ana teoriden biriydi. Nöron doktrininin savunucuları, sinir sisteminin ayrı hücresel birimlerden oluştuğunu iddia etti. Alternatif retiküler teorinin savunucuları ise tüm sinir sisteminin, hücreler arasında boşluklar veya sinapslar olmayan sürekli bir hücre ağı olduğunu savundu. 1873’te doktor ve retiküler teorinin destekçisi Camillo Golgi, siyah reaksiyon adı verilen bir boyama tekniği geliştirdi; bu, sinir hücrelerinin tam olarak görülebilmesini sağlayan ve bilim adamlarının tam bir nöron hücresini ve onun hücresel yapılarını görmesine olanak tanıyan bir nöron boyama tekniğiydi. Daha sonra sinir bilimci Santiago Ramón y Cajal, sinapsların veya nöronlar arasındaki boşlukların varlığını göstermek için siyah reaksiyonu kullandı ve kanıtlarının nöron doktrinini desteklediğini savundu. Nöron doktrininin doğrulanması, nöronların sinir sistemi içinde tek bir ağ olarak değil, ayrı ve bağımsız hücreler olarak işlev gördüğünü gösterdi.
Mikroskoplarda ve kimyasal boyama yöntemlerinde gelişme kaydedildikçe, sinir sisteminin gizemi de yavaştan çözülmeye başladı. En önemli gelişmelerden biri de, Camillo Golgi tarafından keşfedilen ve “siyah tepkime” adı verilen bir boyama tekniğiydi. Bu teknikte, sinir dokusu potasyum bikromat ve amonyak ile sertleştirilmesinin ardından gümüş nitrata batırılır. Siyah tepkime, sinir dokusundaki birkaç nöronu rastgele renklendirir. Hücreler bir bütün olarak boyanır ve böylece şekilleri bir siluet olarak görünür hale gelir.
Cajal Doku Örneklerini Birbirleriyle Karşılaştırdı
1880’lerde İspanyol Santiago Ramon y Cajal, Golgi’nin renklendirme tekniğini kullandı. Bu sayede birçok hayvandan topladığı doku örneklerini birbiriyle kıyasladı. Cajal, doku örneklerinin solüsyona iki kez batırıldığı yeni bir yöntem denedi. Bu yöntemle, sinir hücrelerini daha koyu bir şekilde renklendirmeyi başardı. Böylece onları daha detaylı inceleme fırsatı bulmuştu.
Cajal, 1889’daki bir konferansta beynin aslında hücrelerden oluştuğunu duyurdu. Nöron Doktrini adı verilen bu düşünceye göre; temelde sinir sisteminin yapısal ve işlevsel birimleri nöron adlı hücrelerdir. Bu çalışmalarından ötürü Cajal ve Golgi’ye 1906 yılında beraber paylaştıkları Nobel Fizyoloji & Tıp ödülü verildi. Golgi, nöronların keşfedilmesini sağlayan bir yöntem bulmuş olmasına rağmen, ironik bir şekilde hala sinir sisteminin sıralı ağlardan oluştuğunu savunuyordu. Böylece Cajal, modern sinirbilimin babası olarak kayıtlara geçti.
Vücudun Mesaj Taşıyıcıları
İnsan beyninde yüzlerce hatta binlerce çeşitte nöron bulunmaktadır. Bu nöronların şekilleri, türleri ve boyutları da birbirinden farklıdır. Ancak işlevlerine göre, genel olarak üç kısma ayrılır: Duyu nöronları, ara nöronlar ve motor nöronları. Duyu nöronları duyu organlarından aldığı bilgileri beyne taşımakla sorumludur. Organlara ve kaslara sinyal göndermekle sorumlu olanlara motor nöronlar denir. Ara nöronlar belli noktalarda konumlanmış nöronlar arasında bilgi iletmekten sorumludur.
Bu muazzam çeşitliliğe rağmen nöronların çoğunun ortak, temel özellikleri vardır. Her bir hücrenin kendine has görevlerinin olduğu belli kısımları vardır. Bunlar genel olarak üçe ayrılır:
Dendrit: Kelime anlamı Yunanca’da ağaç anlamına gelmektedir. Hücre gövdesinden yayılan dallardır. Dendritler nöronların girdi birimleridir. Diğer hücrelerden aldığı sinyalleri, hücre gövdesine göndermeden önce işler.
Hücre Gövdesi/Soma: Dentritlerden alınan farklı türden sinyalleri işleyerek çıktı oluşturur. Hücrenin işlevlerini gören ve çeşitli türde bulunan proteinlerin, üretimini sağlayan ve içerisinde DNA’nın saklı olduğu uzun bir molekül olan çekirdek, somada yer alır.
Akson: Aksonlar, nöronların farklı kısımlarından çıkan liflerdir ve nöronun çıktı birimini oluştururlar. Aksonun en baş kısmında, elektrik sinyalleri oluşturulur. Bu sinyaller, ardından diğer hücrelere iletilmek üzere hücre gövdesinden taşınır. Aksonun sonunda terminaller bulunur. Bunlar nörondan çıkan sinyalleri, çoklu hedef hücrelerine gönderirler. Günümüzde ise her nasılsa bu impulsların, nöronun herhangi bir kısmından çıkıp her iki yöne de iletilebildiğini görüyoruz.
Çok İyi Organize Edilmiş Bir Düzen
Nöronlar yaklaşık %50’i bulan bir çoğunlukla, beyincikte bulunur. Kabuktaki hücreler, tıpkı uzman bir askeri birlik gibi oldukça muntazam bir şekilde düzenlenmiş katmanlardan oluşur. Beynin bu kısmında iki tüp hücre bulunur ve bu durum nöronların ne kadar çeşitli olduğunu göstermektedir. Purkinje türü nöronlar, beyinde bulunan en uzun hücre tipidir. Geniş ve düz olmanın yanı sıra oldukça mükellef bir yapıya da sahiptirler. Granül hücre, ise Purkinjenin tersine, beyindeki en küçük hücre tipidir. Hücre gövdesinden çıkar çıkmaz ikiye ayrılan tek bir liften oluşurlar. Hücre gövdesinden sonra, dikey yönde Purkinje hücrelerin dendritlerine ulaşırlar. Her bir Purkinje hücresi yaklaşık olarak 250 bin granül hücre lifiyle iletişir.
Serebral korteks de katmanlardan oluşur ve her biri iyi düzenlenmiş nörondan oluşur. Her katmanın en dışında bulunan bir diğer tip hücre de piramit hücrelerdir. Her milimetrenin binde biri kadarında, kendini tekrarlayan düzenli bir dizilime sahiptir. Yapısal olarak katmanlarda ve beynin diğer kısımlarında değişkenlik gösterirler. Ancak yine de, hepsinin temelde piramide benzer şekilleri vardır. Dendritleri aşırı miktarda dallanmıştır. Aksonları ise beynin diğer kısmındaki hücrelere ve katmanlara ulaşacak kadar genişler haldedir.
On dokuzuncu yüzyılın sonlarında bilim insanları, nöron doktrini adı verilen ve sonunda hücre teorisinde ayrıntıları verilen hücre özelliklerine benzer sinir hücresi özelliklerini ortaya koyan bir teori geliştirdiler. Hücre teorisi, hücrelerin yaşamın temel ayrı birimleri olduğunu belirtir. Botanikçi Matthias Jakob Schleiden ve zoolog Theodor Schwann, on dokuzuncu yüzyılın ortalarında Almanya’da, aşağıdaki üç genel özelliğe dönüşen hücre teorisini tanımladılar: Hücre, yaşamın en temel birimidir, tüm canlı organizmalar bir veya daha fazla hücreden oluşur ve tüm hücreler canlı hücrelerden kaynaklanır.
Ancak hücre teorisinin sinir hücrelerine uygulanmasının karmaşık olduğu ortaya çıktı. Sinir dokusu, nöronların dallanma şekli nedeniyle yapısal olarak diğer tüm dokulardan farklıdır. Bilim adamları bir nöronu diğerinden ayırmakta zorlandılar çünkü daha sonra akson ve dendrit olarak adlandırılan hücresel ekstremiteler tek bir birim olarak ortaya çıktı. Aksonlar, sinir uyarılarını bir sinir hücresi aracılığıyla taşıyan ince tek hücreli ekstremitelerdir; dendritler ise bu sinir uyarılarını çevredeki hücrelerden alan çok sayıda dal benzeri ekstremitelerdir.
Sinir dokusunun yapısal karmaşıklığı ve belirsizliği, Golgi siyah reaksiyonu geliştirene kadar bilim adamlarının nöronları mikroskop altında fiziksel olarak incelemesini engelledi. Siyah reaksiyondan önce, bilim insanları nöronları gözlemlediğinde, daha sonra soma olarak adlandırılan çekirdeği içeren hücre gövdesini gördüler, ancak nöronların daha sonra dendrit ve akson olarak adlandırılan hücresel uçlarını tam olarak ayırt edemediler. O zamanlar bilim insanları bu hücresel ekstremitelerin işlevi ve amacı konusunda emin değillerdi. Nöronların yapısının tam olarak ayırt edilememesi, bilim adamlarının hücre teorisinin perspektiflerini nöronları incelemek için kullanmasını engelledi; çünkü nöronların birbirinden bağımsız mı yoksa bağımlı mı çalıştığı belirsizdi.
Siyah reaksiyonun gelişmesinden önce, bilim adamlarının nöronları mikroskop altında boyamak ve incelemek için kullandıkları boyama teknikleri, bir nöronun tam olarak görüntülenmesine izin vermiyordu. 1863 yılında Almanya’nın Bonn kentinde sinir bilimci Otto Friedrich Karl Deiters, bir sinir dokusu örneğinin mikroskobu altında boyanmasını, sertleştirilmesini ve diseksiyonunu içeren bir nöron boyama tekniği kullandı. Deiters, nöronlara renk katmak ve görünürlüğünü artırmak için sinir dokusunu genellikle karmin olan bir boya kullanarak boyadı. Dokuyu renklendirdikten sonra Deiters, sinir dokusu örneğini bir potasyum dikromat çözeltisine batırdı; bu, hassas dokuyu sertleştirdi ve analiz sırasında dokuya verilen hasar miktarını azalttı. Ancak Deiters’in yöntemi, tek tek nöronları mikroskop altında bir iğneyle ayırmayı içeriyordu; bu da genellikle hücresel ekstremitelerin yırtılmasıyla sonuçlanıyordu.
Deiters, bulgularını nöronların ayrıntılı çizimleri olarak kaydetti, ancak çizimlerini yayınlayamadan 5 Aralık 1863’te tifüsten öldü. Dieter’in nöron tasvirleri, soma adı verilen çekirdeği tutan hücre gövdesini, dendrit adı verilen hücresel dal benzeri ekstremiteleri ve sinir uzantılarını içeriyordu. aksonlar denir. Deiters, sinir hücrelerini mikroskop altında incelerken kırılganlıkları nedeniyle aksonların kırılması nedeniyle aksonu tam olarak göremedi. Dieter’in çizimleri nöronları tam olarak göremediği için aksonların ve dendritlerin uçlarını göstermiyordu. Dieter’in çizimleri ölümünden sonra yayınlandıktan sonra, savunucuları sinir sisteminin sürekli bir akson ve dendrit ağından oluştuğunu savunan retiküler teoriyi desteklemek için kullanıldı.
Hazırlayan: Sultan Kaya
www.sinirbilim.org/cajal-ve-noron-doktrini/
Kaynaklar
Costandi, M. (2013). 50 Human Brain Ideas You Really Need To Know, Londra: Quercus.
https://www.brainpickings.org/2017/02/23/beautiful-brain-santiago-ramon-y-cajal/
