Nöroplastisite: Genel kavramlar

Nöroplastisite (beyin esnekliği), basitçe sinir sisteminin duruma göre yapısını ve işlevini değiştirme yeteneği ile ilişkili süreçleri ve bunların duygu, düşünce ve davranışlara yansımasını ifade eder.

Giriş ve tarihçe

Beyin statik değil dinamik ve sürekli değişkenlik sergileyen bir yapıdır. Beyindeki nöronal bağlantılar yaşam boyu hem gelişimsel hem de işlevsel olarak sürekli bir değişkenlik içindedir. Nöroplastisite (beyin esnekliği), basitçe sinir sisteminin duruma göre yapısını ve işlevini değiştirme yeteneği ile ilişkili süreçleri ve bunların duygu, düşünce ve davranışlara yansımasını ifade eder. Nörobilim alanında yaygın olarak kullanılan bu terim, gen ifadesindeki değişiklikler gibi moleküler olaylardan karmaşık davranış biçimlerine kadar sinir sisteminde birçok düzeydeki biyolojik, kimyasal ve fiziksel değişiklikleri kapsar.

Nöronların hem anatomik hem de işlevsel olarak yenilenmesine ve yeni sinaptik bağlantılar oluşturması olanak tanır. Nöroplastisiteye beynin kendini yeniden yapılandırma ve mimarisini değiştirme yeteneği de diyebiliriz. Beyin bu yeteneği ile çeşitli çevresel uyarılara ve değişen koşullara uyum sağlamak için gerekli öğrenme ve öğrendiklerini kullanma süreçlerini yürütür. Nöroplastisite tüm duygu, düşünce, biliş ve davranışlar ile yakından ilgilidir.

Nörobilimin nöroplastisite hikayesi 20. yüzyılın başlarında İtalyan bilimci Camillo Golgi’nin mikroskop altında incelediği beyin dokusunda nöronları keşfetmesi ile başladı. Bu önemli keşfi ile Nobel Ödülü de alan Golgi, birbirine kesintisiz bağlanan sinir hücrelerinin balık ağına benzer bir sinir ağı oluşturduğuna, duygu ve düşünceleri yönlendiren sinyallerin bu ağ sayesinde beyindeki her yere çabucak ulaşabildiğine inanıyordu. Buna dayanarak, sinir sisteminin temel biriminin tekil sinir hücresi değil, serbestçe bilgi alışverişinde bulunan sinir ağı olması gerektiğini ileri sürdü.

Onunla Nobel Ödülü’nü paylaşan, İspanyol nörobilimci Santiago Ramon Cajal ise aynı fikirde değildi; nöronların birbirine zincir gibi bağlanarak değil daha farklı bir yolla iletişim kurduğunu düşünüyordu. Cajal’ın beyin dokusunu mikroskop altında inceledikten sonra gözlemlerini resmedişi ve mükemmel çizimleri daha sonra sinaps kavramının oluşturulmasına da ilham vermiştir.

İngiliz nörofizyolog Charles Scott Sherrington 1906 yılında Cajal’ın varsaydığı nöronlar arası iletinin gerçekleştiği özel bağlantı bölgelerini “sinaps” olarak tanımlayarak somutlaştırdı. Beyindeki nöral ağların sabit değil değişken olduğuna vurgu yapan en önemli gelişmelerden biri 20. yüzyılın ortalarında gerçekleşti. Kanadalı Psikolog Donald Hebb, 1949 yılında bugün “Hebbian Teori” olarak da adlandırılan teoriyi ileri sürdü ve önemli saptamalarda bulundu. Hebb’e göre, yeni şeyler öğrenerek beynimizi değiştirebiliriz ve bu değişiklik nöronal düzeyde oluşmaktadır. Beyin, aynı zamanda sinaptik düzeyde değiştirdiği bağlantılarla kendini sürekli olarak yeniden modelleyebilmektedir.

Hebb’in yaklaşımı nöroplastisite kavramının gelişmesinde önemli kilometre taşlarından biri olmuştur. Oslo Üniversitesi’nden Terje Lomo ve İngiliz Nörobilimci Timothy Bliss de 1973 yılında, hipokampusa giden bir sinir yolağında elektriksel uyarıların güçlenerek pekişebildiğini, yani uzun süreli artmış bir potansiyalizasyonun varlığını gösterdiler. Bu bulgu literatüre “uzun süreli potensiyel artışı (long-term potentiation, LTP)” olarak geçti. LTP, sinaptik değişikliklerin pekişerek uzun süreli olabileceğine ve kullanılabileceğine işaret ediyordu. LTP’nin öğrenme ve bellek süreçleri ile ilişkinin ortaya koyulması, öğrenme ve belleğin hücresel mekanizmasının aydınlatılmasının yanı sıra nöroplastisite kavramının bilim dünyasındaki yerinin pekişmesine katkı sağlamıştır.

Nöroplastisite kavramının benimsenmesi nöron sayılarının sabit olduğu ve yeni nöronların asla oluşamayacağı şeklindeki eski anlayışın 1980’lerden sonra değişmesine yol açtı. Artık beynin dinamik bir işlevselliğe sahip olduğu, yeni nöronlar, bağlantılar ve yolaklar oluşturabildiği, ya da var olanları yok edebildiği ya da değiştirebildiği biliniyor. Nöroplastisitenin beyin gelişimi; olgunlaşması, öğrenme, bellek, zihinsel süreçler ve nöropsikiyatrik hastaların etiyopatogenezindeki rolüne dair çalışmalar artarak devam ediyor.

Nöroplastisite süreçleri: Nöroplastisite ile beyinde neler oluyor?

Nöroplastisite oluşum sürecinde moleküler, hücresel ve sinaptik düzeyde değişiklikler ortaya çıkar. Sinaptogeneze kadar olan gelişmeler yapısal değişiklikleri kapsar. Yeni bağlantıların oluşumunu izleyen süreç (sinaptogenez) öğrenme ve bellek oluşması gibi işlevsel sonuçlarla ilişkilidir. Nöroplastisitenin moleküler mekanizmaları nöronlar arası iletim (sinyal transdüksiyon) ile ilişkilidir. Presinaptik uçtan salıverilen nörokimyasallar kendilerine özgül reseptörlere bağlanırlar. Bağlantının niteliği ve sinyalin ikinci nöronun sitoplazmasına ve oradan çekirdeğine iletilmesi sürecini bazen reseptöre bağlı G proteinleri modüle eder.

Bununla beraber, her reseptör G proteinlerine bağlı değildir. Bağlı olmayanlarda mesaj adenilat siklaz, guanilat siklaz gibi enzimlerin aktivasyonuyla doğrudan cAMP, cGMP, DAG ve IP3 gibi ikinci ulaklara iletilir. Protein kinazlar tarafından işlenen mesaj hücre çekirdeğine ulaştırılır. G proteinlerine bağlı bazı reseptörlerde de iletim için benzer ikincil ulaklar kullanılır. Hücre çekirdeğinde nörotrofik faktörlerin ve CREB (siklik AMP yanıt verici element bağlayan protenin) gibi elemanların katıldığı fosforilasyon süreçlerinde mesaj değerlendirilerek uygun protein sentezi gerçekleştirilir. Yeni protein sentezi yeni bir nöronun oluşumunu (nörogenezis), dolayısıyla nöroplastisitenin hücresel sürecini başlatır.

Moleküler mekanizmalarla ilişkili olarak reseptörlerden G proteinlerine ikinci ulaklardan nöron çekirdeğindeki transkripsiyon ve translokasyon olaylarına kadar her bir eleman aynı öneme sahiptir ve herhangi birinde çevresel etmenlerin (stres, toksinler veya ilaç kullanımı gibi) ya da endojen dengesizliklerin neden olduğu değişiklikler süreci etkiler. Örneğin, alkol ilk kez kullanıldığı dönemlerde Cl- kanalları genişleyerek hücre içine daha fazla Cl- girişine izin verir. İnhibitör nitelikli Cl-‘ün postsinaptik bölgede artması sedasyon ve rahatlamaya yol açar.

Ancak alkol alımı sürekli hale geldiğinde buna tepki olarak Cl- kanalları daralmaya başlar. Böylece hücre içine inhibitör nitelikli Cl- girişi zorlaşır ve alkolün sedatif etkileri duyumsanamaz. Bunun için dozun artırılması gerekir. Bu mekanizma aynı zamanda alkolün sedatif ve gevşetici etkilerine gelişen toleransa ve sonrasında ortaya çıkan fiziksel bağımlık gelişimine de katkı sağlar. Benzer bir etki amfetamin ve kokaini uzun süre kullananlarda da karşımıza çıkar. Uzun süre kokain kullananlarda nükleus akumbenste CREB transkripsiyonunda azalma ve amigdalada genişlemenin yanı sıra dopamin D2 reseptörlerine kokainin bağlanması güçleşir.

Uzun süre metamfetamin kullananlarda da dopaminin kendine özgül taşıyıcılarına ve reseptörüne bağlanması güçleşir. Bağımlılık yapan maddelerin ilk kullanıldıklarında yaptıkları dopamin aracılı öfori ve haz duygusu, bu maddelere fiziksel bağımlılık geliştikten sonra yoksunluk süreçlerinde, tersine disfori olarak karşımıza çıkar. Bunun nedeni bu maddelerin nöronlar arası iletimde reseptör sistemleri üzerinde oluşturduğu değişikliklere bağlı olarak yoksunluk krizine yol açan nöroplastisitedir.

İç veya dış etkenlerle nöronal süreçlerdeki gen ifadelerinde ortaya çıkan epigenetik değişiklikler de nöroplastisite kapsamında değerlendirilebilir. Moleküler düzeydeki plastisite genlerdeki değişiklikler ile ilişkilidir ve sadece nöronlarla da sınırlı değildir. Birçok doku hücrelerinde epigenetik değişikliklerle yeniden modellenme söz konusudur. Örneğin, çeşitli hastalıklar gen ifadelerindeki ve metilasyon süreçlerindeki değişiklerin bir sonucu olarak “yeniden modelleme” ürünüdür. Kalp yetmezliğinde kalbin büyümesi bir yeniden modellemedir. Uzayda uzun süre kalan astronotların yerçekimsiz ortama uyum sağlayan kalplerindeki küçülme de benzer bir yeniden modellenmedir.

Beyin ve nöronlardaki gen ifadesi değişikleri sonucu ortaya çıkan yeniden modellenmeler moleküler düzeyde gen plastisitesi ya da “genoplastisite” olarak da ifade edilebilir. Yapısal plastisite hücresel plastisitenin devamı olarak ortaya çıkar. Nöronal ve özellikle dentritik değişikliklerle ilişkilidir. Yapısal plastisite ile ilişkili olarak yeni nöron oluşumu (nörogenezis) veya nöron ölümü (apoptozis), migrasyon (göç) yeteneğinde artma veya azalma, dendritlerde dallanmanın azalması, artması, dendrit boylarının uzaması veya dendritlerde kırılma, yeni sinaps oluşturmak üzere yeterli bağlantıların sağlanması veya mevcut sinapsların ortadan kalkması, mevcut nöronların stres altında bozulmaya karşı dirençlerinin artması, mevcut nöronların hayatta kalma sürelerinde değişiklikler (uzama veya kısalma) ve nörotrofik faktörlerin etkinliklerinde değişiklikler (artma veya azalma) görülebilir.

Hipokampus yapısal nöroplastisitesi en yüksek beyin bölgelerinden biridir. Yeni nöron oluşumu hipokampusta ve koku merkezinde daha çok gözlenmektedir. Her türlü zihinsel egzersiz ile hipokampal hacimde ve yeni nöron oluşumunda artma görülürken, sürekli stres durumları hipokampal hacimde ve yeni nöron oluşumunda azalmaya neden olur. Yapısal nöroplastisiteye verilebilecek en güzel örneklerden biri Londra’daki lisanslı taksi şoförlerinin hipokampal hacimlerindeki artışlardır. Bu şoförler Londra’nın coğrafi merkezi Charing Cross çevresindeki altı mil alan içinde 26.000’den fazla caddeyi içeren rotaları ezbere bilmek ve en kısa yoldan en çabuk biçimde müşterilerini hedefe ulaştırmak zorundadırlar.

Ayrıca Londra banliyölerinde gezinmek için de yeterli bilgiye sahip olmaları gereklidir. Bu alan, yaklaşık 60.000 yolu kapsamaktadır. Lisanslı Londra taksi şoförleri bu rotalarda fiziksel haritalar veya navigasyon kullanmadan tamamen kendi bellekleri ile yolları bulmakta ve hizmet vermektedirler. Taksi şoförlerinin beyinlerinde gerçekleştirilen görüntüleme çalışmalarında hipokampuslarının normal deneklerden anlamlı ölçüde daha büyük olduğu gözlenmiştir. Burada büyüklüğün nedeni hipokampal gri cevherdeki artıştır.

Taksi şoförlerinde karmaşık bir ağı hızlı ve çabuk hatırlamak için yapılan aşırı mental egzersiz hipokampusun hacmini artırarak yeniden modellenmesi ile sonuçlanmıştır. Bu örnek, nöroplastisitenin moleküler aşamalarınınb hücresel aşamaları ile karşılıklı ilişkisinde olduğu gibi yapısal düzeyde oluşan bir plastisitenin işlevsel olarak kullanımını da içerir. Nöroplastisite süreçleri birbirini izler, tamamlar ya da birbirini ketleyebilir. Nörogenez aşamasında oluşan yeni nöron genetik kodunda taşıdığı görev tarifine uygun olarak farklılaşacak, olgunlaşacak, sinaptik bağlantılar kurmak üzere uygun beyin bölgelerine göç edecek ya da uzantılarını geliştirerek başka bölgedeki nöronlarla sinaptik bağlantılar kuracaktır.

Beynin gelişim sürecinde incelediğimiz epigenetik faktörler nedeniyle histon asetilasyonu ve deasetilasyonunun yanı sıra DNA metilasyonu gibi modifikasyonlar gen ifadesinde kalıcı ve stabil değişikliklere neden olabilir. Bazı epigenetik değişikliklerin depresyon, bağımlılık ve şizofreni gibi hastalıklara eşlik eden adaptif davranışsal ve nöronal değişikliklere yol açabileceği ileri sürülmüştür. Bunun sonucunda, görev tanımı olağandan farklı, kurduğu ya da kuramadığı bağlantılarla sistemde kaos yaratan nöron ya da nöron kümeleri oluşabilir. Bunlara “terörist nöronlar” diyebiliriz.

Terörist nöronların oluşumuna beynin gelişim sürecinde yaşanan aşırı stres veya beslenme bozukluğu gibi sorunların yanı sıra, erişkin dönemde yaşanan akut şiddetli veya kronik stres, çeşitli toksinler ve başka çevresel faktörler yol açabilir. Bağımlık yapan maddeler de kullanıldıkları süreçte çevresel etkenler gibi DNA metilasyonu ya da benzer mekanizmalarla bağımlılığın oluşumu ve sürdürülmesine yol açan terörist nöronlar oluşturabilir. Dendritler yapısal nöroplastisitede stratejik bir öneme sahiptir.

Hem dışarıdan gelen bilginin alınması ve işlenmek üzere nöron gövdesine iletilmesi hem de nöronların bulundukları noktadan beynin uzak bölümleri ile bağlantı kurulabilmesi için olmazsa olmaz elemanlardır. Dendritlerdeki değişiklikler çevresel koşullar ile yakından ilişkilidir. Kronik stres dendritlerde kısalmaya, kırılmaya ya da sayılarında azalmaya yol açabilirken, zengin çevre koşulları dendritlerin sayısında ve bağlantı yeteneğinde artış ile sonuçlanmaktadır. Sıçanlarda 3-6 hafta süreyle hareketlerinin kısıtlanması şeklinde uygulanan stres hem nörojeneziste azalmaya hem de özellikle hipokampus CA3 bölgesindeki piramidal nöronların dendritlerinde atrofiye ve kırılmalara neden olur.

Dendritlerdeki atrofi ve kırılmalar mikroskobi ile görüntülenebilir. Doğum sonrası bilişsel yeteneklerini daha fazla kullanabilecekleri zengin ve konforlu çevrede (merak ve keşfetme arzusunu indükleyecek renkli cisimler ve oyuncakların yaşam alanına konulması gibi) yaşamını sürdüren sıçanlarda böyle bir çevreden yoksun olanlara göre daha sağlıklı, uzun ve daha fazla sayıda dendritlerin oluştuğu ve nörogenezisin arttığı saptanmıştır. Üstelik bu sıçanlar bağımlılık yapan maddelerin nüks etkisine karşı daha dirençli bulunmuştur.

Bağımlılık gelişen sıçanlarda hipokampus, amigdala, nükleus akumbens ve frontal korteks gibi beyin bölgelerinde bağımlılık öncesine göre önemli yapısal değişiklikler saptanmıştır. Bu değişikler yapısal plastisite ile ilişkilidir ve bağımlılık davranışlarının ortaya çıkmasına ve sürdürülmesine yani işlevsel plastisiteye zemin hazırlar. Örneğin, bahse konu bölgelerdeki yapısal plastisite kullanılan maddeye aşerme düzeyinde aşırı bir özlem (craving) oluşumuna yol açar. Bu da madde kötüye kullanım davranışının sürdürülmesini teşvik eder.

Moleküler ve yapısal süreçler sonrası işlevsel plastisite (sinaptogenez) aşamasıdır. Artık tek bir nöronun değil, nöronlar arası sinaptik bağlantıların esnekliği söz konusudur. Nöroplastisitenin bu süreci öğrenme, bellek oluşumu ve davranışlar ile çevreye uyum sağlama gibi sağkalım için çok önemli işlevlerden sorumludur. İşlevsel plastisiteyi sinaptik bağlantıların niteliği ve değişkenliği belirler. İşlevsel nöroplastisite beyinde zihinsel/bilişsel işlevlerin gelişmesinde, oluşmasında ve sürdürülmesinde çok önemli bir role sahiptir. Normal beynin gelişim sürecinde sinaptik plastisite deneyimden bağımsız, deneyime dayalı veya deneyime bağlı olarak oluşabilir.

Deneyimden bağımsız plastisite büyük ölçüde doğum öncesi ile ilişkili gelişimsel bir zihinsel süreçtir. Nöron gelişimindeki her bağlantıyı genomun belirlemesi pratik değildir. Bunun yerine beyin, aşırı nöron üretiminin ve daha sonra iç ve dış olaylara yanıt olarak şekillendirilen bağlantıların olduğu kaba bir yapı üretir. Deneyimden bağımsız plastisiteye örnek olarak kedinin lateral genikülat çekirdeğinin göze özgü katmanlarının gelişimi verilebilir. Birlikte ateşlenen nöronların bağlantıları artarken, uyumsuz olanların bağlantıları zayıflar ve sonunda yok olurlar. Dış duyusal girdilerden bağımsız olan bu tür plastisite, aşırı derecede karmaşık genetik talimatlar gerektirmeden sinir sisteminin bağlantı konusunda daha hassas olmasını sağlar.

Deneyime dayalı plastisite büyük ölçüde bağlantıların geliştirilmesi sırasında ortaya çıkar. Bunun iyi bir örneği, birincil görsel kortekste bulunan oküler baskınlık sütunlarının gelişimidir. Bu alternatif sütunlar, sağ ve sol gözlerden gelen girdilerin binoküler görüş üretmek üzere birleştirilmesini sağlayan bir mekanizma sağlar. Yavru kedilerde doğumdan sonra bir gözün kapalı tutulması durumunda açık gözün alanı genişlerken kapalı gözle ilgili sütun büzülür ve küçülür. Daha sonra açılan kapalı gözde normal görüş yetersiz olur. Duyularımızın normal kullanılabilmesi için nöronal bağlantıların deneyimle beslenmesi ve desteklenmesi gerekir.

Deneyime bağlı plastisite halihazırda mevcut olan nöronal bağlantılardaki değişikliklerle ilişkilidir. Sorunların öğrenilmesi ve yoğun çevresel manipülasyonlara maruz kalma, topografik haritaların deneyime bir yanıt olarak genişlemesi veya daralması, yaralanma ya da psikoaktif ilaçlar gibi sıra dışı deneyimlere tepki sonucu görülebilir. Bu tür deneyimler, yukarıda verdiğimiz örnekte olduğu gibi farklı beyin bölgelerinde sinaps sayılarını artırabilir ya da azaltabilir.

Nöroplastisite ve uyum (adaptasyon): İşlevsel nöroplastisite

Merkezi sinir sistemi gerek endojen gerekse çevreden gelen eksojen uyarılara uyum sağlayabilme özelliğine sahiptir. Bu adaptasyon ile birçok önemli işlevin yürütülebilmesi veya yetersiz ya da ters adaptasyon sonucu bazı hastalıkların ortaya çıkması söz konusudur. Nöroplastisite her ne kadar öğrenmek ve uyum sağlamak gibi sağkalım ile ilişkili önemli bir işlevselliğin temelini oluştursa da gerçekleşen değişiklikler ve yeni bağlantılar her zaman iyi olmayabilir; depresyon, anksiyete, travma sonrası stres bozukluğu (TSSB), dikkat eksikliği ve hiperaktivite bozukluğu (DEHB), şizofreni, madde bağımlılığı, epilepsi, Parkinson ve Alzheimer gibi nöropsikiyatrik hastalıkların oluşumu da beyin mimarisinde buna uygun değişikliklerin ortaya çıkması, yani yeniden modellenme ile ilişkilidir.

Öte yandan, sinir sisteminde bu gibi nöropsikiyatrik hastalıklar sırasında ortaya çıkan sorunlu anatomik ve bağlantısal değişikliklerin onarılması ya da telafi edilmesine yönelik faaliyetler de nöroplastisite kapsamı içindedir. Duyu yitimine bağlı sorunlar başka bir duyu daha fazla geliştirilerek telafi edilmeye çalışılır. Örneğin, görme duyusunu yitirenlerde işitme ve dokunma duyuları normal insanlara göre daha fazla gelişmiştir. Yapılan incelemeler, beyinde işitme ve dokunma ile ilişkili alanlarda daha fazla sinaptik bağlantı oluştuğunu ve ilgili bölgelerin hacminin arttığını göstermiştir.

Öğrenme ve bellek işlevsel nöroplastisitenin en önemli iki çıktısıdır. Sağkalım ve çevreye uyum için doğru bilgiye sahip olmak gerekir. Bilgi sağlamak için zihinsel faaliyetler içinde en önemlisi öğrenerek durumu analiz etme ve öğrenilenleri belleğe kaydetmedir. Öğrenilenin bilgi olabilmesi için belleğe kaydedilmesi şarttır. Öğrenme için öncelikle sinaptik bağlantıların kurulması ve yukarıda LTP’yi anlatırken değindiğimiz gibi güçlendirilmesi gerekmektedir. Öğrenme ve bellek konusunda güncel bilgilere ulaşmamızı sağlayan en önemli deneysel çalışmalar Nobel ödüllü psikiyatrist Eric Richard Kandel tarafından yapılmıştır.

Kandel öğrenmenin sinaptik mekanizmalarını açıklayabilmek için denek olarak deniz salyangozu (Aplysia) kullanmıştır. Deniz salyangozu toplam 20 bin nörona sahiptir. Yüz milyar nöronluk memeli beynine göre çok daha az sayıda nöron barındırır. Nöronlarının çoğu dokuz kümede yani dokuz gangliyonda toplanmıştır. Nöronlarının boyutu elli kat daha fazladır ve çıplak gözle görülebilir. Dolayısı ile sinaptik bağlantıların oluşumu ve buradaki değişiklikleri izlemek bakımından araştırıcıya eşsiz bir kolaylık sağlar. Aplysia’nın sifonuna hafifçe dokunmak, hızlı biçimde geri çekme ile sonuçlanır. Tekrarlayan hafif dokunuşlar ise alışma oluşturur. Uyarıcının önemsiz olduğunu öğrenen hayvanın buna tepki olarak ortaya çıkan refleksi gittikçe zayıflar. Yani uyarılar tekrarlandığında refleks olarak geri çekmenin giderek azaldığı gözlenir.

Bu alışma (habituation) durumu duyusal ve motor sinirler arasındaki sinapslarda etkinliğin azalmasına bağlıdır. Deniz salyangozunun sifonuna dokunsal uyarı verilirken aynı anda elektrik şoku uygulanırsa, daha sonraki dokunsal uyarılara daha şiddetli ve uzun süreli bir çekme davranışıyla yanıt verdiği gözlenir. Duyarlılaşma (sensitization) olarak adlandırılan bu durum ise duyusal ve motor sinapslarda etkinliğin artışı ile ilişkilidir. Hayvan, bu güçlü uyarıcıyı zararlı sayar ve sifona yumuşak dokunma tepkisine tepki olarak abartılı bir solungaç geri çekme refleksi üretir. Burada nöronlar arası bağlantılarda azalma ve artmalar rahatlıkla gözlenebilmiştir.

En basit öğrenme biçimi olan alışma aracılığıyla, zayıf veya ciddi tehdit oluşturmayan bir duyu uyarıcısına sürekli maruz kalan denek bu uyarıcının önemsiz olduğunu anlayıp görmezden gelmeyi, yani bir uyarıcının zararsız olduğunu anlamayı öğrenir. Duyarlılaşmada ise uyarıcı güçlüdür ve denek bu uyarıcının tehlikeli olduğunu bilip kaçmaya ya da uzaklaşmaya hazırlık olarak savunmacı reflekslerini kuvvetlendirmeyi öğrenir. Bunun ardından gelen kısa süreli tehlikesiz bir uyarıcı bile abartılı savunma tepkisi ortaya çıkarır. Duyarlılaşma, bir çeşit öğrenilmiş korkudur. Deneğe öğrettiği şey, tehditkâr bir uyarıcıya maruz kaldıktan sonra neredeyse her uyarıya daha şiddetli tepki vermektir.

Klasik koşullamada ise sinirsel bir uyarıcı tehlike potansiyeli taşıyan bir uyarıcıyla eşleştiğinde hayvan etkisiz uyarıcıya sanki tehlike sinyaliymiş gibi tepki verir. Kandel’in deneylerinden çıkan sonuçlar sinapsların gücünün sabit değil değişken olduğunu kanıtlamıştır. Sinaptik güç farklı yollarla farklı etkinlik örüntüleri ile değiştirilebilir. Bu deneylerde, duyarlılaştırma ve nahoş uyarılarla klasik koşullama sinaps bağlantısını pekiştirip güçlendirirken, alışma bu sinaptik bağlantının gücünü zayıflatır. Nöronlar arasındaki sinaps iletişiminin kuvveti, hayvanlarda öğrenilmiş davranışlar için geliştirilmiş özgül alıştırma protokollerinden türetilen farklı uyarma örüntüleri uygulanarak dakikalar sürecek şekilde değiştirilebilmiştir.

Daha çarpıcı bulgu ise, aynı sinapsın farklı uyarıcılarla kuvvetlendirilebilmesi ya da zayıflatılabilmesiydi. Daha öz bir ifade ile, beynin farklı sinir devrelerindeki bilgi akışı öğrenme ile değişebiliyordu. Çalışmalarda, nöronların doğrudan bağlantı kurmasına ilaveten, duyu nöronlarının bir nevi aracı nöron olan ara nöronlar vasıtasıyla motor nöronlarla dolaylı sinaps bağlantıları oluşturdukları da keşfedilmiştir. Bu dolaylı ve doğrudan bağlantılar dokunuşla ilgili bilgiyi motor nörona nakleder; motor nöronlar da kurdukları bağlantılar aracılığı ile geri çekme refleksini güçlendirir.

Dahası incelenen her salyangozda geri çekme refleksiyle aynı nöronlar ilişkiliydi ve aynı hücreler birbirleriyle daima aynı bağlantıları kuruyordu. Aynı özgüllüğün ve tek tipliliğin başka davranışların sinir devreleri için geçerli olduğu da görülmüştür. Bu bulguları destekleyecek biçimde, müzisyen olmayan kişilere kıyasla yaylı çalgıcıların beyin kortekslerinde sol el parmaklarının temsillerinin neredeyse beş kat daha fazla olduğunu bulunmuştur. Dahası müzik aleti çalmaya 13 yaşından önce başlamış müzisyenlerde sol elin temsilleri bu yaştan sonra müzik aleti çalmaya başlamış müzisyenlere kıyasla daha büyüktür.

Bir beden kısmının kortekste temsil edilme oranı, o kısmın kullanımının yoğunluğuna ve karmaşıklığına bağlıdır. Bu tür yapısal değişikliklerin meydana gelmesi hayatın ilk yıllarında daha kolaydır. Dolayısıyla Mozart gibi büyük müzisyenler sırf doğru genlere sahip oldukları için değil, kendilerini üne kavuşturan yeteneklerini geliştirmek üzere beyinleri henüz daha esnek iken, çok çalıştıkları için alanlarında fark yaratan ünlü kişiler olmuşlardır. Aplysia’dan elde ettiğimiz sonuçlar sinir sistemi esnekliğinin, yani sinir hücrelerinin sinaps kuvvetini hatta sayısını değiştirme yetisinin öğrenme ve uzun süreli bellek alt yapısını oluşturan mekanizma olduğunu göstermiştir.

Sonuç

Sonuç olarak, her insan farklı bir ortamda büyüdüğü ve farklı deneyimlerden geçtiği için her bir insanın beyin mimarisi de kendine özgüdür. Benzer genlerle doğan tek yumurta ikizleri bile farklı hayat deneyimlerinden dolayı farklı beyinlere sahip olmaktadır. Çevre ve öğrenme beyni işlevsel nöroplastisite sonucu sürekli değiştirmektedir. Öğrenme sayesinde nöronlar arasındaki sinapsların kuvveti değişir ve aralarındaki iletişim kuvvetlenir. Farklı öğrenme biçimleri farklı bellek biçimleri oluşturur. Bellekle ilgili sinirsel devrelerin kuvvetli öğrenme ile değişen sinaptik bağlantıları bulunur. Bu mekanizma, belleğin ve üst düzey bilişsel işlevlerin alt yapısını oluşturur.

Bununla beraber, bellek sadece sinaptik pekişme mekanizmaları ile açıklanamaz. Çünkü kendi kendini uyaran nöron devrelerine bağlı değildir. Öğrenmedeki alışma edimi sinapsı zayıflatırken, duyarlılaşma ya da klasik koşullama sinapsı kuvvetlendiriyordu. Sinaps bağlantılarının kuvvetindeki bu uzun soluklu değişiklikler öğrenmeyi sağlamanın yanı sıra kısa süreli belleğin alt yapısını oluşturan hücresel mekanizmalardır. Çeşitli öğrenme biçimlerinde kısa süreli belleğin depolanma süresi sinapsın zayıflatıldığı ya da kuvvetlendirildiği sürenin uzunluğuna bağlıdır. Kısa süreli belleğe zemin hazırlayan kapsamlı öğrenme, tıpkı kelime oluşturmak için harflerden yararlanmamız gibi çeşitli temel sinaptik plastisite biçimlerinin birleşip yeni ve daha karmaşık birimler oluşturması gibidir.

Sonuç olarak, bedenimiz için beynimiz neyse hücrelerimiz için de genlerimiz aynı şeydir. Dinamik etkili bir süreçte, beynimizin ve genlerimizin tepkileri değişebilir bir esnekliktedir. Aynen beyindeki sinir hücrelerinin esnekliği ya da nöroplastisitesi gibi genlerin de esnekliği, yani genoplastisitesi söz konusudur. Bu olasılıklardan hangisinin gerçekleşeceğini beynin kendi esnekliği belirler. Bu belirlemede genetik zeminin ve çevresel faktörlerin etkisi söz konusudur. Beyin esnek çalışma ilkeleri doğrultusunda her an ihtiyaca göre yeni bağlantılar kurabilir, var olan bağlantıları genişletip daraltabilir veya toptan kaldırabilir.

Serotonin ve dopamin gibi beyin kimyasallarının aktiviteleri veya etkiledikleri moleküler hedefler de bu esneklik ilkeleri doğrultusunda çeşitli değişikliklere uğrayabilir. Nöronal bağlantılar öğrenme, zihinsel süreçler, bellek, psikomotor performans ve sağlıklı davranışlar gibi beynin önemli sağlıklı işlevleri için organize olabilecekleri gibi, organizasyondaki herhangi bir aksaklık ciddi nöropsikiyatrik hastalıklara neden olabilir. Buna göre, salıverilen nörokimyasalların aracılık ettiği nöronlar arası iletişimin bir veya birden fazla nöroplastisite kademesinde oluşabilecek bir aksaklık hastalık belirtilerinin ortaya çıkmasına neden olabilir. Stres başta olmak üzere çeşitli çevresel faktörler ve genetik zemin de problemin tetiklenmesine ya da yatkınlığın oluşmasına destek olur.