Sinaptik Budama Nedir? Nasıl olur? ne İşe yarar?
Sinaptik budama, beynin ihtiyaç duymadığı nöronlar ve sinapslardan arınma sürecidir. Sinaptik budama, beyinde erken çocukluk ile yetişkinlik arasında meydana gelen doğal bir süreçtir. Sinaptik budama sırasında beyin ekstra ve gereksiz gördüğü sinapsları ortadan kaldırır. Sinapslar, nöronların elektriksel veya kimyasal bir sinyali başka bir nörona iletmesini sağlayan beyin yapılarıdır.
Sinaptik budamanın, beyinde artık ihtiyaç duyulmayan bağlantıları ortadan kaldırmanın bir yolu olduğu düşünülüyor. Araştırmacılar yakın zamanda beynin önceden düşünülenden daha “plastik” ve şekillendirilebilir olduğunu gösterebilmiştir. Nöroplastisite olarak adlandırılan bu süreci daha önceki yazımızda ele almıştık. Sinaptik budama, yaşlandıkça ve yeni karmaşık bilgiler öğrendikçe vücudumuzun daha verimli beyin fonksiyonunu sürdürme yoludur.
Sinaptik budama hakkında daha fazla şey öğrenildikçe, sinaptik budama ile şizofreni ve otizm de dâhil olmak üzere bazı bilişsel bozukluklar ile ilişkisi olup olmadığı konusunda araştırmalar devam etmektedir.
Tanım
Beyin, birbirleriyle elektriksel ve kimyasal sinyaller ile iletişim kuran 80-100 milyar nöron ve 100 trilyon sinaps içerir. Sinapslar, nöronların görevlerini yerine getirebilmek için bağlandıkları yerlerdir. Sinaptik budama, beynin ihtiyaç duymadığı ekstra sinapsları ortadan kaldırdığı doğal süreçtir.
Sinaptik budama beynin sinirsel iletimlerinin verimliliğini artırmaya yardımcı olabilir. Nöronlar ve sinapslar embriyonun gelişiminin en erken aşamasında oluşmaya başlar. Bu noktadan sonra insan yaklaşık 2 yaşına gelene kadar son derece hızlı bir şekilde yeni nöronlar ve sinapslar oluşur. Saniyede 40.000 yeni sinaps oluşabildiği bilinmektedir.
Bu gelişim aşamasının sonunda, kişi yaklaşık 2 yaşına geldiğinde işlevsel olarak ihtiyaç duyacağından çok daha fazla nöron ve sinapsa sahip olur.
Bebekler öğrenip büyüdükçe deneyimlere bağlı en önemli sinapsları güçlenir. Beyindeki diğer önemsiz görülen sinapslar zayıflar ve solar. Sinaptik budama, beynin ekstra sinapsları ortadan kaldırdığı doğal süreçtir. Bu, sağlıklı ve uyumlu bir beyin oluşmasına yardımcı olur.
Budama Süreci Nasıl Gerçekleşir?
Beyin, hangi sinapsların güçlendirilmesi ve hangilerinin korunması gerektiğini belirlemek için o sinapsın ne kadar çok ve ne kadar sık kullandığını değerlendirir. Daha sonra bu sinapsları işaretler ve beyin onları yok eder.
Radyolojik görüntülemeler, kişinin bağışıklık sisteminin bu sinapsları ortadan kaldırılmasında önemli bir rol oynadığını gösterilebilmiştir.
Glial hücreler beyindeki nöron olmayan ve merkezi sinir sisteminde en fazla bulunan hücrelerdir. Glial hücrelerin yapısal destek ve sinapsların düzenlenmesi gibi pek çok görevi vardır. Son çalışmalarda ise glial hücrelerin sinapsların şekillendirilmesine katıldığına dair bazı kanıtlar elde edilmiştir. Bunu, sinaptik budama sürecinin bir parçası olarak sinapsları yutarak yapabilmektedirler.
Ne Zaman Gerçekleşir?
Bebeklik döneminde beyin hızlıca büyür. Erken beyin gelişimi sırasında nöronlar arasında sinaps oluşumunda bir patlama olur. Buna sinaptogenez denir.
Bu hızlı sinaptogenez dönemi, yaşamın erken dönemlerinde öğrenme, hafıza oluşumu ve adaptasyonda hayati bir rol oynar. Yaklaşık 2 ile 3 yaşlarında sinaps sayısı zirveye ulaşır. Ancak bu sinaptik büyüme döneminden kısa bir süre sonra beyin artık ihtiyaç duymadığı sinapsları kaldırmaya başlar.
Beyin bir sinaps oluşturduğunda bu zamanla güçlenebilir veya zayıflayabilir. Bu, sinapsın ne sıklıkta kullanıldığına bağlıdır. Başka bir deyişle, süreç “kullan ya da kaybet” prensibini takip eder: Daha aktif olan sinapslar güçlendirilir, daha az aktif olan sinapslar ise zayıflar ve sonuçta budanır. Bu süre zarfında alakasız sinapsların uzaklaştırılması işlemine sinaptik budama denir.
Sistematik sinaptik budama, kişi yaklaşık 2 yaşındayken başlama eğilimindedir. Yaklaşık 10 yaşına geldiğinde, bir kişinin beyni 2 yaşında mevcut olan sinapsların neredeyse %50’sini kaldırmış olacaktır. 2 yaşından 16 yaşına kadar yoğun bir budama süreci olacaktır. Fakat budama sürecinin beynin ihtiyaç duyması üzerine ömür boyu devam ettiği bilinmektedir.
Erken sinaptik budama çoğunlukla genlerimizden etkilenir. Daha sonra deneyimlerimiz ile şekillenir. Başka bir deyişle, bir sinapsın budanıp budanmayacağı, gelişmekte olan bir çocuğun etrafındaki dünyayla yaşadığı deneyimler belirler. Sürekli uyarılma, sinapsların büyümesine ve kalıcı olmasına neden olur. Eğer çocuk kaliteli ve düzenli uyaranlar ile karşılaşmaz ise, bu sinapsların çoğunu kaybedecektir.
Sinaptik Budama ve Şizofreni
Araştırmalar, uygunsuz sinaptik budamanın bazı nörolojik bozuklukların gelişiminde rol oynayabileceğini öne sürüyor. Fakat sinaptik budama ile şizofreni arasındaki ilişkiyi inceleyen araştırmalar henüz başlangıç aşamasındadır. Şizofrenik beyinlerin “aşırı budama”ya uğradığı ve bunun genetik mutasyonlardan kaynaklandığı düşünülmektedir.
Şizofreni ruh sağlığı ilgilendiren bir durumudur ve kişide aşağıdaki durumları yaşamasına neden olabilir:
- Halüsinasyonlar
- Sanrılar
- Düşünce bozukluğu
- Algı bozukluğu
- Davranış bozukluğu
Otopsi incelemelerinde, şizofreni olan kişilerde sinaps yoğunluğunun, bu rahatsızlığı olmayan kişilere göre daha düşük olduğunu göstermektedir. Bu, şizofreni hastalarının sinaps sayısındaki arınmada artış yaşamış olabileceğini düşündürmektedir.
Ancak sinaptik budama şizofreninin gelişiminde ana faktör olmayabilir. Fakat sinaptik budama süreci şizofreni hastalığının tek sebebi olduğu iddia edilemez. Aşağıdaki maddelerin bozukluğunda da benzer tablolar oluşabilmektedir:
- miyelin, sinir hücrelerini kaplayan ve koruyan bir madde
- oligodendrositler, miyelin üreten hücreler
- besin, oksijen ve koruma sağlayarak nöronları destekleyen astrositler
- kan ve lenf damarlarını kaplayan endotel hücreleri
Anormal sinaptik budamanın şizofreniye katkıda bulunduğu hipotezini doğrulamak için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır. Bu da sinaptik budamanın psikiyatrik sorunu olan kişilerin tedavileri için ilginç bir hedefi olabileceği anlamına gelebilir.
Sinaptik Budama ve Otizm
Bilim adamları, beyindeki uyarılma/inhibisyon (E/I) oranı adı verilen bir sürecin, sinaps fonksiyonu ve sağlamlığı için gerekli olduğuna inanıyor. Beyindeki nöronlar bu oranı sabit tutarak beyinde koordinasyonun sağlıklı şekilde işlemesini sağlar.
Sinaptik budamadaki bozukluklar sinapsların E/I dengesini bozabilir. Araştırmalar, bu bozulmanın otizm spektrum bozukluğu (OSB) gibi bazı nörogelişimsel bozukluklara neden olabileceğini öne sürüyor.
Bu, sinaptik budamanın azalmasına veya aşırı olmasına neden olan glial hücre fonksiyon bozukluğunun OSB’nin gelişiminde rol oynayabileceği anlamına gelir.
2021’de yapılan bir araştırma, OSB’li kişilerin beyinlerinde uyarıcı sinaps yoğunluğunun arttığını öne süren önceki araştırmalara atıfta bulunuyor. Bu, yanlış sinaptik budamanın OSB gelişimine katkıda bulunabileceği teorisini destekleyebilir.
Sinaptik Budama Otizmle İlişkili midir?
Tüm araştırmalara rağmen otizmin kesin sebebi henüz net olarak bilinmiyor. Bu patolojinin tek bir yerde olmayışı ve birden çok sebebi olabileceğinden kaynaklanabilir. Ancak son zamanlarda yapılan araştırmalar, sinaptik fonksiyonla ilgili belirli genlerdeki mutasyonlar ile otizm spektrum bozuklukları (OSB) arasında bir bağlantı olduğunu göstermiştir.
Beynin “aşırı budanmış” olduğunu teorileştiren şizofreni araştırmalarından farklı olarak araştırmacılar, otizmli kişilerin beyinlerinin “yeterince budanmamış” olabileceğini öne sürüyorlar. O halde teorik olarak bu yetersiz budama, beynin bazı kısımlarında aşırı sinaps bulunmasına sebep olur.
Bu hipotezi test etmek için araştırmacılar, 2 ila 20 yaşları arasında ölen otizmli ve otizmsiz 13 çocuk ve ergenin beyin dokusuna baktılar. Bilim adamları, otizmli ergenlerin beyinlerinin, normal ergenlerin beyinlerinden çok daha fazla sinapsa sahip olduğunu buldu. Bunun sinaptik budama sırasındaki farklılıktan kaynaklanabileceği düşünülmektedir. Bu araştırma yalnızca sinapslardaki farklılığı gösteriyor ancak bu farklılığın otizmin bir nedeni mi, bir sonucu mu yoksa sadece bir ilişki mi olduğunu göstermiyor.
Bu yetersiz budama teorisi, gürültüye, ışığa ve sosyal deneyimlere aşırı duyarlılık ve epileptik nöbetler gibi otizmin bazı yaygın semptomlarını açıklamaya yardımcı olabilir. Aynı anda çok fazla sinaps ateşleniyorsa, otizmli bir kişi muhtemelen ince ayarlanmış bir beyin tepkisi yerine aşırı gürültü deneyimleyecektir.
Ek olarak, geçmiş araştırmalar otizmi mTOR kinaz olarak bilinen bir protein üzerinde etkili olan genlerdeki mutasyonlarla ilişkilendirmiştir. Otizm hastalarının beyinlerinde büyük miktarlarda aşırı aktif mTOR bulunmuştur. MTOR yolundaki aşırı aktivitenin, aşırı sinaps üretimiyle ilişkili olduğu da gösterilmiştir. Bir çalışma, aşırı aktif mTOR’a sahip farelerin sinaptik budamada kusurlara sahip olduğunu ve OSB benzeri sosyal davranışlar sergilediğini buldu.
Sinaptik budama araştırması nereye gidiyor?
Sinaptik budama beyin gelişiminin önemli bir parçasıdır. Artık kullanılmayan sinapslardan kurtularak beyin yaşlandıkça daha verimli hale gelir.
Bugün, insan beyninin gelişimi hakkındaki fikirlerin çoğu, beyin esnekliği (nöroplastisite) fikrine dayanmaktadır. Araştırmacılar artık budamayı ilaçlarla kontrol etmenin yollarını arıyorlar. Ayrıca okul eğitiminde bu yeni sinaptik budama anlayışının nasıl kullanılacağını da araştırıyorlar. Ayrıca sinapsların şeklinin zihinsel engellerde nasıl bir rol oynayabileceğini de araştırılmaktadır.
Sinaptik budama süreci, şizofreni ve otizm gibi rahatsızlıkları olan kişilerin tedavileri için umut verici bir hedef olabilir. Ancak araştırmalar henüz emekleme aşamasındadır.
Sonuç
- Sinaptik budama, beynin ihtiyaç duymadığı nöronları ve sinapsları uzaklaştırdığı süreçtir.
- Nöronlar ve sinapslar embriyonun gelişiminin en erken aşamasında oluşmaya başlar. Yaklaşık 2 yaşına gelindiğinde bebeklerin ihtiyaç duyduklarından çok daha fazla nöron ve sinapsları vardır. Sinaptik budama bu yaşta gerçekleşmeye başlar ve genellikle 10 yaşına kadar devam eder. O zamana kadar kişi 2 yaşındayken sahip olduğu sinapsların neredeyse %50’sini kaldırmış olacaktır.
- Sinaptik budamanın otizm spektrum bozukluğu ve şizofreninin gelişiminde rol oynayabileceğine dair bazı kanıtlar vardır.
Sinaptik Budama Görüntüsü
Kaynakça
Caire MJ, Reddy V, Varacallo M. Physiology, Synapse. [Updated 2023 Mar 27]. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2024 Jan-. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK526047/
Santos, E., Noggle, C.A. (2011). Synaptic Pruning. In: Goldstein, S., Naglieri, J.A. (eds) Encyclopedia of Child Behavior and Development. Springer, Boston, MA. https://doi.org/10.1007/978-0-387-79061-9_2856
Sakai J. Core Concept: How synaptic pruning shapes neural wiring during development and, possibly, in disease. Proc Natl Acad Sci U S A. 2020 Jul 14;117(28):16096-16099. Epub 2020 Jun 24. https://doi.org/10.1073%2Fpnas.2010281117
Ludwig PE, M Das J. Histology, Glial Cells. [Updated 2023 May 1]. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2024 Jan-. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK441945/
Morizawa YM, Matsumoto M, Nakashima Y, et al. Synaptic pruning through glial synapse engulfment upon motor learning. Nat Neurosci. 2022 Nov;25(11):1458-1469. Epub 2022 Nov 1. https://doi.org/10.1038/s41593-022-01184-5
Hany M, Rehman B, Azhar Y, et al. Schizophrenia. [Updated 2023 Mar 20]. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2024 Jan-. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK539864/
He HY, Cline HT. What Is Excitation/Inhibition and How Is It Regulated? A Case of the Elephant and the Wisemen. J Exp Neurosci. 2019 Jun 23;13:1179069519859371. https://doi.org/10.1177/1179069519859371
Koyama R, Ikegaya Y. Microglia in the pathogenesis of autism spectrum disorders. Neurosci Res. 2015 Nov;100:1-5. Epub 2015 Jun 25. https://doi.org/10.1016/j.neures.2015.06.005
Pagani M, Barsotti N, Bertero A, et al. mTOR-related synaptic pathology causes autism spectrum disorder-associated functional hyperconnectivity. Nat Commun. 2021 Oct 19;12(1):6084. https://doi.org/10.1038/s41467-021-26131-z
Diğer Yazılar
