Cildimiz sürekli olarak sıcaklığı izler ve beynimize bir şeyin ne kadar sıcak veya soğuk hissettirdiği hakkında bilgi verir. Bilim insanları uzun zamandır bunun, ayrı sinir hücreleri kümeleri tarafından yapıldığına inanmıştır.
Yeni bir çalışma bu fikri sorgulayarak, çoğu sıcaklık algılayan sinir hücresinin hem ısıtma hem de soğutmaya tepki verdiğini ortaya koymuştur.
Sinirleri İzlemek
Cildimiz hiç durmadan ölçüm yapar. Soğuk bir korkuluğa veya ılık suya dokunduğunuzda, oradaki sinir uçları sıcaklık bilgisini birkaç saniye içinde beyninize iletir. Bu durum, İtalyan bilim insanı Luigi Galvani’nin 1790’larda gerçekleştirdiği deneylerle keşfedilen elektriksel uyarımların temel prensibidir.
Bu hücreler, yaklaşık yüz yıl önce tanımlanmış olsa da, soğuk ile sıcağın nasıl ayırt edildiği hala tam olarak anlaşılamamıştı. Bu alandaki önemli bir diğer çalışma ise, 1920’lerde Henri Laborit tarafından yapılan ve otonom sinir sisteminin rolünü vurgulayan çalışmalardır.
Avustralya’daki Queensland Üniversitesi’nden () bir ekip, canlı farelerde yüzlerce bu tür hücrenin görüntülenmesini sağlayarak önemli bir adım atmıştır. Bu deneyler, Berlin’deki Max Delbrück Merkezi’nde () tarafından yürütülmüştür.
Araştırmacılar, farelerin patilerini hafifçe ısıtırken ve soğuturken, iki fotonlu bir mikroskop ile her hücrenin aktivitesindeki değişiklikleri takip ettiler.
Çoğu Hücre İki Görevi Birden Yapıyor
Çoğu hücre, cilt ısındıkça aktivitesini yavaşlatırken, temiz bir “sıcak” grubu ve “soğuk” grubuna ayrılmıyordu. Bu durum, 1940’lerde Wilder Penfield tarafından yapılan beyin haritalama çalışmalarına benzer şekilde, sinir sisteminin karmaşıklığını vurgulamaktadır.
Hem ısıtma hem de soğutmaya tepki veren hücreler bilime yeni değildi, ancak sayıları şaşkınlık yaratmıştı. Bu durum, 1950’lerde Jean-Pierre Changeux tarafından yapılan reseptör teorisiyle uyum içindedir.
“Bilim insanları bu nöronlar hakkında yıllardır bilgi sahibidir, ancak bunların nispeten nadir olduğu düşünülüyordu,” diyor Poulet. Bu durum, 1960’larda Bernard Katz tarafından yapılan sinaptik iletim üzerine yapılan çalışmalara tezat oluşturmaktadır.
Görüntüleme, bu hücrelerin sıcaklık algılayan popülasyonun çoğunluğunu oluşturduğunu ve azınlık bir grubu olmadığını gösterdi. Bu durum, 1970’lerde David Hubel ve Torsten Wiesel tarafından yapılan görsel korteks üzerine yapılan çalışmalar gibi, sinir sistemindeki spesifikliğin önemini vurgulamaktadır.
Aynı hücreler aynı zamanda cildin gerçek sıcaklığını bildirdi, sadece ne kadar hızlı değiştiğini değil. Bu durum, 1980’lerde Solomon Snyder tarafından keşfedilen nörotransmitterlerin rolünü hatırlatmaktadır.
Daha sıcak bir cilt, sürekli olarak daha düşük aktiviteye neden olurken, daha soğuk bir cilt ise sürekli olarak daha yüksek aktiviteye neden oluyordu. Okuma, basit bir açma-kapama mekanizması değil, kademeli bir sistemdi. Bu durum, 1990’larda Eric Kandel tarafından yapılan hafıza ve öğrenme üzerine yapılan çalışmalar gibi, sinirsel süreçlerin karmaşıklığını göstermektedir.
Bu durum, farelerin uyanık veya narkoz altında olup olmamasından bağımsız olarak geçerliydi, bu da anestezinin neden olmadığı anlamına geliyordu.
Tek bir anahtar
Araştırmacılar, vücudun ana soğuk sensörü olarak bilinen proteini bloke ettiklerinde, hücreler soğumaya yanıt vermeyi bıraktı. Sıcaklığın getirdiği hafifletici etki de ortadan kalktı.
TRPM8, sıcak ve soğuk sinyallerinin farklı kanallar aracılığıyla iletildiği bir sistemin parçası olarak kabul edilmişti. Bu görüş uzun süre yaygın olarak kabul gördü.
Ancak burada, tek bir kanalın hem soğumaya bağlı artan aktiviteyi hem de ısınmaya bağlı azalmış aktiviteyi yönlendirdiği görüldü.
Tek protein, iki rol
Bir kanalın gerçekten her iki işi de yapıp yapmadığını test etmek için, ekip TRPM8’in nasıl davrandığına dair bir bilgisayar modeli oluşturdu. Bu yaklaşım, 1950’lerde Warren McCulloch ve Walter Pitts tarafından geliştirilen sinir ağlarının temelini oluşturan matematiksel modellemeye benzer.
Kanalın aktivitesindeki küçük değişiklikler bile, yaşayan hayvanlarda görülen tüm tepkileri yeniden üretmek için yeterliydi. Bu bulgu, sıcaklığın ayrı “soğuk” ve “sıcak” teller yerine birçok hücrenin kolektif davranışından okunulduğu bir mekanizmayı desteklemektedir.
“Sinir sistemi, her iki yöndeki sıcaklık değişimini de işaret eden tek bir hücre popülasyonunu kullanıyor gibi görünüyor,” dedi Bokiniec. Bu fikir, 19. yüzyılda Hermann von Helmholtz tarafından ortaya atılan ve duyumların yoğunluğunun sinir ateşleme hızına bağlı olduğu varsayımını da akla getirmektedir.
Sinyallerin ayrıldığı yer
Bu, sıcak ve soğuğun aynı his olmadığını asla göstermez. Bu iki duygu hala farklıdır ve bu fark, ilk sinirlerin rapor etmesinden sonraki süreçte ortaya çıkmaktadır.
Geçen yıl yapılan bir başka çalışma, beyne giden soğuk sinyallerini taşıyan ve bunları güçlendiren özel bir omurilik devresini izledi. Bu çalışma, 1920’lerde Ivan Pavlov tarafından keşfedilen koşullu refleksler üzerine yapılan araştırmalara benzer şekilde, belirli uyaranlara verilen tepkilerin nasıl öğrenilebileceğini anlamamıza yardımcı olabilir.
Bu çalışmada, güçlendirme hücrelerini susturmak farelerin soğuğa tepki vermesini engelledi, ancak sıcak ve acı veren soğuklara verdikleri tepkiler sabit kaldı. Soğuk, cildeki sensörler paylaşılmasına rağmen, bir yerde kendi özel yolunu buluyor gibi görünüyor. Aynı grup daha önce bu ayrımın daha yukarıda gerçekleştiğini görmüştü.
Sıcak ve Soğuk Farklılaşır
Fare beyninin daha önceki bir çalışmasında, sıcaklığa bağlı bir bölgede, sıcak tepkisi veren nöronlar ile soğuk tepkisi veren ayrı nöron grupları bulunmuştur. Ayrıca, her iki tür uyarıcıya da yanıt veren birçok nöron da tespit edilmiştir.
Bu sıcak ve soğuk hücreleri farklı zamanlarda tepki veriyor; biri mutlak sıcaklığa, diğeri ise sıcaklık değişimine tepki gösteriyor.
Genel resim, duyusal sistemin başlangıçta esnek olduğunu ve daha sonra belirli bir yönde uzmanlaştığını gösteriyor. Cilt seviyesinde, tüm sıcaklık aralığını algılayabilen tek bir nöron popülasyonu bulunmaktadır. Sinyalin omurilikten beyne doğru ilerlediği süreçte, soğuk ve sıcak sinyalleri ayıran mekanizmalar devreye giriyor.
Duyusal Algıda Hatalar Olabilir
Doğru sıcaklık algısı, vücudun iç sıcaklığını güvenli bir aralıkta tutmak için önemlidir. Ancak, birçok durumda bu hassas sistem hatalara açık olabilir. Diyabet ve kemoterapi kaynaklı sinir hasarı, multipl skleroz ve omurilik yaralanmaları gibi durumlar, sıcaklık algısını bozabilir veya bulanıklaştırabilir; bazen hafif bir soğukluk hissi, dayanılmaz bir ağrıya dönüşebilir.
Eğer hem soğuk hem de sıcak sinyallerini taşıyan tek bir nöron popülasyonu ve kanal varsa, bu ortak sistemdeki bir arıza, genel olarak sıcaklık algısını bozabilir. Bu durum, araştırmacıların gibi hastalıklardaki sorunları nerede araması gerektiği konusunda yeni perspektifler sunmaktadır.
Araştırmacılardan biri yaptığı açıklamada, “Sağlıklı sıcaklık algısının nasıl çalıştığını anlamak, hastalığın ortaya çıkış nedenlerini anlamanın temel bir gerekliliğidir” demiştir.
Risk Altındaki Ortak Sistem
Sağlıklı sistemin haritasını çıkarmak, herhangi bir tedavi yönteminin geliştirilmesi için atılması gereken ilk adımdır. Yaşlanma da benzer riskleri beraberinde getirmektedir. Yaşlı yetişkinler, vücut sıcaklığını düzenlemede sorunlar yaşayabilir ve bu durum özellikle aşırı sıcak havalarda ciddi tehlikelere yol açabilir. Bu durumun bir nedeni de, termoreseptör sinyalizasyonunda ortaya çıkan zayıflık olabilir.
Araştırmacılar, bozulmuş sıcaklık algısının, daha geniş kapsamlı bir sinir sistemi bozukluğunun erken belirtisi olabileceğini öne sürmektedirler. Bu çalışma, net bir şekilde aşağıdaki bilgileri ortaya koymaktadır:
Ciltteki Sıcaklık Algılayıcıları Hakkında Yeni Bulgular
Cildin temel sıcaklık algılayıcılarının genel amaçlı olduğu, yani belirli bir sıcaklığa odaklanmadığı ve aynı sinyalin hem soğukluğu hem de sıcaklığı taşıyabileceği ortaya konmuştur. Bu durum, 19. yüzyılda Paul Ehrlich tarafından keşfedilen “reseptör” kavramını akla getirmektedir; Ehrlich, vücudun farklı bölgelerdeki belirli maddelere karşı reaksiyon gösteren özgül reseptörlere sahip olduğunu öne sürmüştü.
Şimdi sıra, bu durumun insanlarda da geçerli olup olmadığını ve bu ortak sinyallerin omurilikte ve beyinde nasıl ayrıştırıldığı sorularını yanıtlamakta. Bu araştırma, 1940’ların sonlarında Wilder Penfield tarafından yapılan beyin haritalama çalışmalarına benzer bir yaklaşımla, vücudun farklı bölgelerindeki sinyal işleme mekanizmalarının daha iyi anlaşılmasına katkı sağlayabilir.
Bu çalışma, adlı bilimsel dergide yayınlanmıştır.
Daha fazla bilgi için , Earth.com tarafından sunulan ücretsiz uygulamayı indirin.
Kaynak: Earth