Beyinlerin nasıl çalıştığıyla ilgilenen sinirbilimciler, doğal olarak, elektriksel uyarılar yoluyla birbirine duyu ve düşünce unsurlarını iletebilen hücreler olan nöronlara odaklanırlar. Ancak aynı derecede araştırmaya değer, aralarında bulunan bir maddedir - bu nöronların dışında viskoz bir kaplama. Burun ve eklemlerimizdeki kıkırdağa kabaca eşdeğer olan bu madde, bazı nöronlarımıza balık ağı gibi yapışarak perinöronal ağlara (PNN'ler) ilham verir. Bir protein iskelesine bağlı uzun şeker molekülü zincirlerinden oluşurlar ve nöronları yerinde tutar, filizlenmelerini ve yeni bağlantılar kurmalarını engellerler.
Bu yetenek göz önüne alındığında, bu az bilinen nöral kaplama, beyinle ilgili en kafa karıştırıcı soruların bazılarına yanıt veriyor: Genç beyinler yeni bilgileri neden bu kadar kolay özümsüyor? Travma sonrası stres bozukluğuna (TSSB) eşlik eden korku dolu anıları unutmak neden bu kadar zor? Alkol bağımlısı olduktan sonra içmeyi bırakmak neden bu kadar zor? ve göre yeni araştırma sinirbilimci Arkady Koutorsky ve McGill Üniversitesi'ndeki meslektaşlarından, artık PNN'lerin, bir sinir yaralanmasından sonra ağrının neden bu kadar uzun süre gelişebileceğini ve devam edebileceğini de açıkladığını biliyoruz.
Nöral plastisite, sinir ağlarının yaşamdaki deneyimlere yanıt olarak değişme veya beyin hasarından sonra kendilerini onarma yeteneğidir. Zahmetsiz değişim için bu tür fırsatlar, yaşamın erken dönemlerinde ortaya çıktıkları kritik dönemler olarak bilinir. Bebeklerin dili ne kadar kolay öğrendiğini, ancak yetişkin olarak yabancı dil öğrenmenin ne kadar zor olduğunu düşünün. Bir bakıma, istediğimiz şu: Ana dilimizi anlamamızı sağlayan karmaşık sinir ağları oluşturulduktan sonra, bunların kilitlenmesi önemlidir, böylece ağlar hayatımızın geri kalanında nispeten bozulmadan kalır.
Bu, kritik bir dönemden sonra sinir ağlarının değişime dirençli hale geldiği ve PNN'lerin bunun başlıca nedeni olduğu anlamına gelir. Nöronlar üzerinde oluşurlar ve kritik periyodun sonunda sinir ağı kablolarını yerinde kilitlerler. Bu en sık 2 ila 8 yaşları arasında olur, ancak PNN'ler yetişkinlikte kırılması zor davranışlarla veya uzun süreli anıların oluşumuyla bağlantılı olarak nöronlarda da oluşur. Kritik dönemlerin kapanmasını geciktirebilirsek ya da bir şekilde onları hayatın ilerleyen dönemlerinde yeniden açabilirsek, bu, gençlikteki sinirsel plastisiteyi geri kazanabilir, yaralanmalardan kurtulmayı teşvik edebilir ve değişime dirençli zor nörolojik bozuklukları geri alabilir.
Son araştırmalar bunun gerçekten de PNN'leri manipüle ederek yapılabileceğini gösteriyor. Örneğin, bir hayvanı tamamen karanlıkta tutmak, görme nöronlarındaki PNN'lerin gelişimini yavaşlatır ve görme problemlerini düzeltmek için nöral plastisitenin kritik dönemini çok daha uzun süre açık tutar. Kimyasal ajanlar ve genetik manipülasyon da PNN'leri bozabilir ve kritik dönemleri yeniden açabilir ve araştırmacılar bunu farelere TSSB'ye neden olan anıları unutturmak için yaptılar (bu durumda, bir ses duyduktan hemen sonra uygulanan bir elektrik şokunun anıları).
PNN'lerin büyümesini teşvik etmek de mümkündür. Bu, birisi aşırı derecede alkol aldığında olur ve bu da bağımlılıkla ilgili nöronlarda bu ağların oluşmasına neden olur. Kaplamanın nöronları alkolün kimyasal toksisitesinden koruduğuna inanılıyor, ancak aynı zamanda aşırı güçlü bir içme dürtüsünü tetikleyen düşünce sürecini de kilitliyor.
Nörobilimciler son birkaç on yılda PNN'lerin bu yönlerini öğrenmiş olsa da, PNN'lerin kronik ağrı üzerindeki etkisi beklenmedik bir yeni keşifti. Ağların etkisini kritik dönemlerin ötesine taşıyan bu çalışma, yalnızca ağrının temel bilimine ilişkin anlayışımızı geliştirmekle kalmaz, aynı zamanda bize PNN'lerin kendilerinin daha iyi bir resmini verir.
Bir yaralanmadan sonra uzun süre devam eden kronik ağrı, nöronal devrelerde üstesinden gelinmesi zor olabilecek bir değişikliği yansıtır. Bir şey acıdığında, tüm vücudumuz devreye girer. Vücuttaki özel ağrı nöronları, nöral uyarıları beyne ilettikleri omuriliğe iletir. Bu, omuriliğin ağrı duyumuzda önemli bir rol oynadığı anlamına gelir; gerçekten de, doktorlar genellikle doğum ağrısını, lomber omuriliği çevreleyen boşluğa anestezik enjekte etmeyi ve nöral uyarıların beyne ulaşmasını engellemeyi içeren bir epidural uygulayarak yönetir.
Şimdi, bu noktada sinirsel iletimi bastırmak yerine, bir sinir hasarının bu nöronları aşırı duyarlı hale getirdiğini hayal edin. Etkilenen bölgeye hafif bir dokunuş bile, bir nöronal uyarı barajının omuriliğe doğru ilerlemesine ve yoğun ağrı olarak kaydedilmesine neden olur. Önceki araştırmalar, bu tür aşırı duyarlılığa neden olabilecek çeşitli mekanizmalar tanımladı, ancak hiç kimse PNN'lerin dahil olmasını beklemiyordu.
Ancak birkaç yıl önce Koutorsky, PNN'lerin ağrı bilgisinin iletildiği bir beyin bölgesindeki belirli küçük nöronları kapladığını bildiren bir makale gördü. Bu "inhibitör internöronlar", ağrı nöronları üzerinde sinapslar oluşturarak ağrı sinyallerini iletme yeteneklerini baskılar. Koutorsky, PNN'lerin omurilik içindeki kritik ağrı geçiş noktasında benzer bir şey yapıp yapmadığını merak etti ve yüksek lisans öğrencisi Shannon Tansley'den bunu araştırmasını istedi. Koutorsky, “O zaman hiçbir şey bilinmiyordu” dedi.
Tansley gerçekten de PNN'lerin omurilikte ağrı sinyallerini beyne ilettiği belirli nöronları kapladığını buldu. Nöronların, omuriliği beyne yönlendiren uzun aksonları (bir sonraki hücreye sinyaller gönderen "kuyruk") vardır. Ayrıca, PNN'deki küçük delikler yoluyla kendilerine bağlı bir dizi engelleyici ara nöronları vardır ve engelleyici nöronlar, uzun projeksiyon yapan nöronların ateşlenmesini engelleyebilir, beyne ulaşan sinyali küçültebilir ve ağrı hissini köreltebilir. Tansley, sürpriz bir şekilde, sadece omurilik geçiş noktasındaki bu engelleyici nöronların PNN'lerle kaplandığını keşfetti.
Bu bulgu, Koutorsky'nin ekibine, bu ağların bir şekilde periferik sinir yaralanmasından sonra kronik ağrıya dahil olup olmadığını belirlemek için laboratuvar fareleri üzerinde deneyler yapma konusunda ilham verdi. Genel anestezi altındayken bir farenin siyatik olarak bilinen arka bacak sinirinin dallarını kestiler. Bu, kalıcı ağrıya neden olduğu bilinen insanlarda siyatik yaralanmalarını taklit eder. Günler sonra, Koutorsky'nin ekibi, farenin ağrı eşiğini, ısıtılmış bir yüzeyden ne kadar hızlı geri teptiğini zamanlama gibi zararlı olmayan testlerle ölçtü. Beklendiği gibi, ekip fare ekranının ağrı duyarlılığını keskin bir şekilde artırdığını gördü - ancak aynı zamanda çıkıntı yapan nöronların etrafındaki PNN'lerin çözüldüğünü de fark ettiler. Beynin kritik dönemlerdeki değişikliklerinin PNN'leri etkilemesi gibi, farede sinir yaralanmasından sonraki ani değişiklikler omuriliğin ağrı devresindeki PNN'leri değiştirmiştir.
Ekip daha sonra ağların yok olmasına neyin neden olduğunu anladı: mikroglia, hastalık ve yaralanmadan sonra onarımları başlatan beyin ve omurilik hücreleri. Mikroglia ve ağrı arasındaki bağlantıyı test etmek için ekip, neredeyse hiç mikrogliası olmayan (genetik mühendisliği ile mümkün olan) farelere yöneldi ve aynı işlemi gerçekleştirdi. Bu farelerde, siyatik sinir ameliyatından sonra PNN'ler bozulmadan kaldı ve dikkat çekici bir şekilde, fareler ağrılı uyaranlara aşırı duyarlı hale gelmedi. Bağlantıyı doğrulamak için ekip, ağları çözmek için çeşitli yöntemler kullandı ve bu da farelerin acıya duyarlılığını artırdı.
Bu, PNN'lerin ağrı duyarlılığını doğrudan baskıladığını kanıtladı. Koutorsky'nin ekibi elektrotlarla sinaptik iletimi ölçerek nasıl çalıştığını bile öğrendi. PNN'lerin bozulması, beyne ağrı sinyalleri gönderen projeksiyon yapan nöronlardan artan sinyalleşmeyle sonuçlanan bir zincirleme reaksiyona neden oldu: Sinir hasarına yanıt veren mikroglia, PNN'leri çözdüğünde, bu normalde PNN'lerin ateşlenmesini azaltan inhibitör nöronların etkisini zayıflattı. beyin projeksiyon nöronları. Engelleyici frenlerini kaybetmek, kontrolden çıkmış sinirsel ateşleme ve yoğun acı anlamına geliyordu.
Mikroglia, sinir hasarından sonra ağrı nöronlarının aşırı duyarlı hale gelmesine neden olan birçok maddeyi serbest bırakır, ancak bunların PNN'ler üzerindeki beklenmedik etkisinin büyük bir avantajı vardır: özgüllük. Koutorsky, "Genellikle perinöron ağlarının yaptığı şey, plastisiteyi kilitlemek ve hücreleri de korumaktır." Dedi. "Öyleyse neden bu ağlar [yakındaki] diğer hücre tiplerinin etrafında değil de sadece bu ağrı aktarıcı nöronların çevresinde bulunuyor?" O, omurilikteki bu ağrı geçiş noktasının çok önemli olduğundan, bu nöronların ve bağlantılarının, ağrı iletimi üzerindeki kontrollerinin güçlü ve güvenilir olması için ekstra korumaya ihtiyaç duyduğundan şüpheleniyor. Sadece sinirsel bir yaralanma kadar dramatik bir şey bu dengeyi bozabilir.
Koutorsky, "Bu mekanizmanın güzelliği, belirli hücre tipleri için seçici olmasıdır." Dedi. Sinirsel ateşlemeyi artırmak ve sinir hasarından sonra ağrıya neden olmak için mikroglia salgılayan maddeler, çevredeki tüm hücre tiplerini etkiler, ancak PNN'ler, omurilikteki kritik geçiş noktasında tam olarak sadece bu nöronları kaplar.
Bu yeni kronik ağrı mekanizmasını daha iyi anlamak için araştırmalar devam etmektedir. Araştırmacılar, yaralanmadan sonra bu nöronlar üzerinde PNN'leri yeniden inşa etmek için yöntemler geliştirebilirse, kronik ağrı için yeni bir tedavi sağlayabilir - mevcut çözüm olan afyonların zamanla güçlerini kaybettiği ve bağımlılık yapabileceği veya ölümcül sonuçlara yol açabileceği düşünüldüğünde acil bir ihtiyaç. aşırı doz
Nöronların içinde neler olup bittiğini anlamak büyüleyici ve önemlidir, ancak sinir ağları birbirine bağlı bireysel nöronlardan oluşur ve burada hayati önem taşıyan, aralarındaki boşlukta ihmal edilen kıkırdaklı çimentodur.
