2026 Nobel Ödüllü Çalışma Psikolojiye Ne Öğretti? Optogenetik Nedir?

Fizyoloji veya Tıp (physiology or medicine) ödülü bu yıl Karl Deisseroth, Peter Hegeman ve George Nagel'ın optogenetik çalışmasına verildi. Psikolojiyi yakından ilgilendiren bu ödül, beynimizin sırlarını açığa çıkaran bir çalışma olabilir.

Optogenetik Nedir?

Optogenetik, genetik olarak hedeflenen hücrelerin ışığa duyarlı proteinler aracılığıyla faaliyetlerinin yüksek zamansal hassasiyetle kontrol edilmesini sağlayan, genetik ve optik tekniklerin birleşimine dayalı bir araştırma yöntemidir (Deisseroth, 2011).

Optogenetik asıl olarak 2003 yılından beri süregelen bir alan. Ama 2005 yılında Karl Deisseroth, Edward Boyden, Feng Zhang, Georg Nagel ve Ernst Bamberg'in çalışmasıyla ChR2 (Channelrhodopsin-2 / Kanalrodopsin-2, mavi ışığa duyarlı bir iyon kanalı proteinidir. Optogenetik yönteminin geliştirilmesindeki en önemli keşiflerden biridir.) memeli sinir hücrelerinde kullanıldı. Optogenetik sadece belirli hücreleri değil, belli başlı bazı sinir hücrelerinin etkinliğine müdahale edilmesini sağlayarak, duygu ve davranış üzerindeki etkilerini incelemeye olanak tanır. Bu duygu ve davranış değişimleri psikoloji alanını da büyük ölçüde etkileyen önemli bir yere sahiptir. BLA'daki uyarıcı nöronların CeA içindeki baskılayıcı nöronları etkileyebileceği, bunun da korku ve kaygıyla ilişkili davranışları düzenleyebileceği düşünülüyordu.

Peki Optogenetik Davranışlarımızı Nasıl Değiştiriyor?

Kay Tye, Karl Deisseroth ve çalışma arkadaşları, farelerin beyninde korku ve kaygıyla ilişkili olan amigdalanın iki bölgesi arasındaki sinir bağlantılarını incelediler. Bu iki bölge Basolateral amigdala (BLA) ve Santral amigdala (CeA)'dır. BLA, çevremizden gelen bilgilerin duygusal öneminin değerlendirilmesinde ve deneyimler arasında ilişkiler kurulmasında görev alır; CeA ise korku ve tehdit karşısında ortaya çıkan davranışsal ve fizyolojik tepkilerin düzenlenmesinde önemli rol oynar. BLA'daki uyarıcı nöronların CeA içindeki baskılayıcı nöronları etkileyebileceği, bunun da korku ve kaygıyla ilişkili davranışları düzenleyebileceği düşünülüyordu.

Seçtikleri Nöronlara Işığa Duyarlı Protein Nasıl Kazandırılıyor?

Normalde farelerin sinir hücrelerinde, yeşil alglerde bulunan ChR2 proteini yoktur. Bu nedenle araştırmacıların nöronlara bu proteini üretmeleri için gerekli genetik bilgiyi vermesi gerekir. AAV (Adeno-Associated Virus), Türkçesiyle adeno-ilişkili virüs, genetik materyal taşıyabilen küçük bir DNA virüsüdür. Bilim insanları bu virüsün genetik yapısını laboratuvarda değiştirerek onu bir viral vektöre (gen taşıyıcısına) dönüştürüyor. AAV, farelerin beynindeki hedef bölgeye stereotaksik cerrahi adı verilen hassas bir yöntemle enjekte ediliyor. Bu işlemde araştırmacılar, AAV'yi kan dolaşımına vermek yerine doğrudan seçtikleri beyin bölgesine ulaştırıyor.

Mavi Işık ve Kaygı?

Araştırmacılar, farelerin basolateral amigdala (BLA) bölgesindeki belirli sinir hücrelerine AAV aracılığıyla ChR2 genini aktarmışlardır. Böylece bu nöronların ışığa duyarlı ChR2 proteinini üretmesi sağlanmıştır. Üretilen proteinler, nöronların aksonları boyunca santral amigdalanın lateral bölümüne (CeL) uzanan sinir uçlarına da taşınmıştır. Sıra sıra ve detaylıca anlattığımız bu aşamalardan sonra, farelerdeki kaygıyı mavi ışık yardımıyla düşüşünü inceleyelim. Araştırmacılar, farenin beynindeki santral amigdala (CeA) bölgesine ışık ulaştırabilecek şekilde ince bir optik fiber yerleştirdiler. Optik fiberin dışarıdaki ucu bir lazer ışık kaynağına bağlıydı. Böylece mavi ışık, fiberin içinden geçerek beyindeki hedeflenen sinir uçlarına ulaştı. Optik fiberin kendisi elektrik üretmiyor veya nöronları doğrudan uyarmıyor. Yalnızca ışığı iletiyor. Nöronların elektriksel aktivitesini değiştiren şey, mavi ışığın ChR2 iyon kanallarını açmasıdır (Tye et al., 2011). İyon kanallarından kısaca bahsetmek gerekirse: Konuştuğumuz ChR2 (Channelrhodopsin-2) de bir iyon kanalıdır. Ancak diğer birçok iyon kanalından farklı olarak mavi ışığa duyarlıdır.

Araştırmacılar mavi ışık gönderdiğinde:

Mavi ışık → ChR2 kanalı açılır → Pozitif iyonlar hücre zarından geçer → Nöronun elektriksel aktivitesi değişir → Sinir devresi etkilenir.

Kısacası; kendisi de bir iyon kanalı olan ChR2 hücreye entegre edilir ama diğer iyon kanallarından farklı olarak, mavi ışıkla kontrol edilebilir. Bu sayede hücrede elektriksel faaliyet meydana gelir. Mavi ışık ChR2 iyon kanallarını açıyor. Pozitif iyonların hücreye girmesiyle nöronun zar potansiyeli değişiyor. Yeterli uyarılma gerçekleşirse aksiyon potansiyeli oluşuyor.

Zar potansiyeli, hücrenin içi ile dışı arasındaki elektriksel potansiyel farkıdır. Aksiyon potansiyeli, nöron yeterince uyarıldığında oluşan, kısa süreli ve hızla yayılan elektriksel sinyaldir.

Bahsettiğimiz deneyde ise araştırmacılar nöron gövdelerinden ziyade BLA'dan CeA'ya uzanan akson uçlarını ışıkla uyardılar. Önemli olan, bu sinir uçlarında yeterli elektriksel değişim oluşturarak glutamat salınımını tetiklemekti. Akson uçlarında bazı koşullarda, nöron gövdesinden gelen bir aksiyon potansiyeli olmadan da yerel depolarizasyon nörotransmitter salınımını sağlayabilir.

Depolarizasyon, nöronun elektriksel durumundaki değişimdir. Nörotransmitter ise nöronların birbirlerine mesaj iletmek için kullandığı kimyasal maddedir.

Biz optogenetiğin işleyişinden bahsederken direkt olarak sinir hücresini uyarmaktan bahsettik ama bu deneyde araştırmacılar akson uçlarını uyardılar. Bunun aslında basit bir sebebi var: Optogenetiğin en çağ açıcı kısmı burası; beyindeki hangi bölgenin hangi psikolojik durumlara sebebiyet verdiğini incelemek bu alanda mümkün. BLA'daki nöron gövdelerine mavi ışık uygulandığında farelerde kaygı benzeri davranışların arttığı gözlemlenmiştir. Bunun olası nedeni, BLA'daki nöronların yalnızca CeA ile değil, beynin farklı bölgeleriyle de bağlantılı olmasıdır. Dolayısıyla nöron gövdelerinin uyarılması, kaygıyı artıran farklı sinir devrelerini de etkinleştirebilir. Buna karşılık, yalnızca BLA'dan CeA'ya uzanan sinir uçları uyarıldığında kaygı benzeri davranışlarda azalma gözlemlenmiştir. Bu durum, CeA içerisindeki baskılayıcı sinir devrelerinin etkinleşmesiyle ilişkilendirilmiştir. Araştırma, kaygıyla ilişkili davranışların yalnızca belirli bir beyin bölgesinin faaliyetinden değil, o bölgenin diğer beyin bölgeleriyle kurduğu sinirsel bağlantılardan da etkilendiğini göstermiştir (Tye et al., 2011).

Bu bulgular, optogenetiğin özellikle biyolojik psikoloji, nöropsikoloji ve klinik psikoloji açısından taşıdığı önemi ortaya koymaktadır. Ayrıca korku ve kaygının sinirsel mekanizmalarının daha iyi anlaşılması, gelecekte Bilişsel Davranışçı Terapi (BDT) gibi psikoterapi yaklaşımlarının geliştirilmesine de katkı sağlayabilir. Özellikle psikoterapi sonrasında azalan korkunun neden bazı durumlarda yeniden ortaya çıktığı sorusu, optogenetik araştırmalarıyla daha ayrıntılı incelenebilir. Böylece korkunun öğrenilmesi, sönmesi ve yeniden ortaya çıkmasında rol oynayan sinir devreleri daha iyi anlaşılabilir. Optogenetik bugün doğrudan bir psikoterapi yöntemi olmasa da psikoterapinin biyolojik temellerini anlamak ve gelecekte daha etkili müdahaleler geliştirmek açısından önemli bir araştırma alanı sunabilir.

BDT yazı serime böylesine önemli bir gelişme sonrası, bu yazıyla ara vermek istedim. Onyıllardır üzerinde fikir yürütülen, deney yapılan beynin çalışma şekli ile alakalı bu önemli gelişme, birçok bilinmeyeni ilerleyen yıllarda açığa çıkarabilir.

Kaynakça

• Boyden, E. S., Zhang, F., Bamberg, E., Nagel, G., & Deisseroth, K. (2005). Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity. Nature Neuroscience, 8(9), 1263–1268. https://doi.org/10.1038/nn1525
• Tye, K. M., Prakash, R., Kim, S.-Y., Fenno, L. E., Grosenick, L., Zarabi, H., Thompson, K. R., Gradinaru, V., Ramakrishnan, C., & Deisseroth, K. (2011). Amygdala circuitry mediating reversible and bidirectional control of anxiety. Nature, 471(7338), 358–362. https://doi.org/10.1038/nature09820