Günümüzde sağlık hizmetlerinin ve bu hizmetlere erişimin iyileşmiş olduğu bir dönemde, alkol kötüye kullanımının küresel ölçekte önemli bir sağlık sorunu olmaya devam ettiğini hayal etmek oldukça güçtür. Ne yazık ki, yüksek miktarda alkol tüketen hamile bir annenin, fetal alkol sendromuna (FAS) maruz kalanlarda görüldüğü üzere, ömür boyu süren ciddi beyin hasarı ve nörogelişimsel bozukluklara sahip bir çocuk dünyaya getirebileceği gösterilmiştir1,2,3. Maternal alkol kullanım öyküsü kesinleşmiş kadınlarda, gelişmekte olan fetüs, kan alkol konsantrasyonlarında farklı farklı değişimler meydana getiren düşük miktardaki alkole veya farklı alkol tüketim modellerine karşı da hassastır. Bu ikinci durumda, çocuklar FAS olanlar kadar ciddi morfolojik veya nörodavranışsal bozulmalar sergilemese de, hafiften ağıra kadar değişen, yaşam boyu süren bilişsel yetersizlikler ve duygusal bozukluklar gösterebilirler3,4. Toplamda, FAS ve prenatal alkol kaynaklı bozulmaların daha hafif formları, fetal alkol spektrum bozuklukları (FASD) koleksiyonunu oluşturur. FASD'lerin tamamen önlenebilir olması şaşırtıcı değildir; ancak şaşırtıcı olan, alkol kötüye kullanımının oldukça yaygın olduğu popülasyonlarda, bu durumun sinirsel ve bilişsel yetersizliğin temel non-genetik nedeni olmaya devam ettiği ve ABD'deki genç çocukların yaklaşık %2 ila %5'ini ve Fransa ile İsveç gibi Avrupa ülkelerindekileri etkilediğidir. Sadece ABD'deki FAS insidansına bakıldığında, yaygınlık 1.000 canlı doğum başına 2 ila 7'dir5; bu da FASD'lerin genel insidansının FAS'a göre çok daha yüksek olduğu anlamına gelir.
FASD'li çocuklarda gerçekleştirilen nörogörüntüleme çalışmaları, daha ince bir corpus callosum6, daha küçük bir anterior cerebellar vermis7 ve daha küçük bir hippocampus8 gibi beyin anomalileri sergilediklerini göstermiştir. Bu beyin anomalileri, FASD'li çocuklarda gözlemlenen bazı uzun vadeli nörokognitif bozulmaların temelini oluşturmaktadır. Maternal alkol kaynaklı beyin değişikliklerindeki varyasyonlar ile belirli nörokognitif bozulmaların profilindeki (yani türü, kapsamı) varyasyonlar arasındaki kesin bağlantılar henüz net bir şekilde belirlenmemiştir. Ancak bir başlangıç noktası olarak hippocampus, prenatal alkol etkilerine karşı duyarlılığının belirlenmesi için mükemmel bir adaydır. Nitekim, FASD'li çocuklar yer öğrenimi9,10 ve gecikmeli nesne hatırlama11 gibi hippocampus aracılı davranışlarda eksiklikler göstermektedir.
FASD kemirgen modelleri, FASD'li çocuklarda görülen nörobilişsel bozulmalara yol açan mekanizmaların aydınlatılmasında paha biçilemez olduklarını kanıtlamıştır. Benimsemiş olduğumuz ve iyi yapılandırılmış bir binge-maruziyet modeli, sıçanlara postnatal 4-9. günler arasında alkol verilmesini içermektedir.12,13beynin, insan fötal 24. haftasına kıyaslanabilen ve 3. haftaya kadar uzanan, hızlı sinaps ve dendritik temas oluşumunun gerçekleştiği bir dönem olanrd trimester14,15,16,17Bu özel model, hipokampal nöronlarda belirgin kayba yol açmaktadır.18,19 ve serebellum gibi diğer birçok beyin bölgesindeki nöronlar12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23farklı alanlara yayılan ağır bilişsel fonksiyon bozuklukları eşlik eden21,24,25Sıçanlarda erken dönem alkol maruziyetinden kaynaklanan bilişsel bozulmalar farklı yollarla, özellikle de şu yöntemlerle değerlendirilebilir: göz kırpma klasik koşullanması (ECC). ECC, öğrenmenin temel mekanizmalarını bilimsel olarak araştırmak için bir yüzyılı aşkın süredir kullanılan bir paradigmadır26,27 ve bu haliyle, fetal alkol maruziyeti sonucunda ortaya çıkan olumsuz nörobilişsel sonuçların daha iyi anlaşılması için faydalı bir yöntem sunmaktadır. Araştırmacıların çeşitli farklı ECC prosedürlerini kullanmasına olanak tanıyan oldukça esnek bir paradigm olan bu yöntem, filogenetik ölçek boyunca birçok memeli türünde (farelerden insanlara kadar) ve beyin gelişiminin farklı aşamalarında incelenebilir.28,29,30,31Ayrıca, bu paradigmada çağrışımsal öğrenmeyi aracılık eden temel nöral devreler, aynı türler üzerindeki deneysel ve nöropsikolojik raporlarla desteklenmektedir.26,32,33,34,35,36,37.
ECC'nin bir formu olan iz ECC (trace ECC), bu makalede gösterilmiştir (Şekil 1). Bağlam sağlamak amacıyla, daha geleneksel bir form olan gecikmeli ECC (delay ECC) ile karşılaştırılmıştır. ECC paradigması, Nobel ödüllü fizyolog Ivan Pavlov tarafından ilk kez gerçekleştirilen, köpeklerle yapılan klasik koşullanma modeline göre oluşturulmuştur. Pavlov, tonlar gibi belirli uyaranların doğal olarak salyalanmaya yol açmadığını, ancak tonun yiyecek sunumundan önce gelmesi ve onunla örtüşmesi durumunda, ton-yiyecek ilişkisinin korunduğu şartla, bu ikisinin tekrarlanan sunumlarıyla salya tepkisinin güçlendirilebileceğini keşfetmiştir. Bu, ilişkisel gücün iki uyaran arasındaki anlık zamansal yakınlıkla aracılık edildiği ve böylece hayvan için öğrenme koşullarının optimize edildiği gecikmeli ECC'ye bir örnektir. Pavlov ayrıca, tonu kapatıp yiyeceği vermeden önce bir "iz" (trace) süresi bırakmak gibi ton-yiyecek ilişkisinin diğer varyasyonlarını da test etmiştir. Bu iki uyaran yeterince ayrı olduğunda, köpeklerin yiyecek verilmeden önce salyalama tepkileri vermesi çok daha zor hale gelmiştir. Tonun kapatılması ile yiyeceğin verilmesi arasındaki bu kopukluk, iz ECC'ye bir örnektir. Kemirgenler yiyeceğin varlığına doğal olarak salyalanmadıkları için bunun yerine hafif şok gibi türe daha uygun uyaranlar kullanılır; ayrıca tonlara karşı doğal olarak savunmacı göz kırpma tepkileri de vermezler. Bu arka planla, kemirgen ECC prosedürleri, belirli bir desibel seviyesinde bir ton sunmayı ve göz kırpma tepkisi uyandırmak için bu tonu göz kapağı kası (orbicularis oculi) veya temporalis kasına verilen hafif şokla belirli bir şekilde eşleştirmeyi içerir. Ton bir koşullu uyaran (CS), şok ise bir koşulsuz uyaran (US) olarak kabul edilir. Gecikmeli ECC'de önce CS sunulur; bu uyaran belirli bir süre boyunca açık kalır. Ardından US verilir. Bu iki uyaran belirli bir süre boyunca örtüşür ve ardından her ikisi de eş zamanlı olarak sona erer; US nedeniyle ortaya çıkan göz kırpma tepkisi bir koşulsuz tepki (UR) olarak kabul edilir. Bu prosedürde kemirgenler, bu itici uyaranı beklemek amacıyla, CS sunulduktan bir süre sonra ancak US'den hemen önce göz kırpma tepkisi vermeyi öğrenirler. Öğrenilen göz kırpma tepkisine koşullu tepki (CR) denir. İz ECC'de, CS ve US, iz aralığı olarak bilinen uyaran içermeyen bir zaman dilimiyle ayrılır; gecikmeli ECC'de olduğu gibi zamanla örtüşmezler. Bu aralık boyunca hayvanın, uyaranlar arasındaki ilişkisel gereksinimleri çözmesi beklenir. Gecikmeli ECC'ye benzer şekilde, hayvan CS kapandıktan sonra ancak US verilmeden hemen önce tutarlı bir şekilde kırpma tepkisi verdiğinde öğrenme gerçekleşir. Belirli bir miktar edinim eğitimiyle (CS'nin US ile eşleştirilmesi), öğrenme eğrileri (örneğin, farklı CR ölçümlerine dayalı olarak) gelişir. Lezyon ve nörogörüntüleme çalışmaları, gecikmeli ECC'de başarılı öğrenmenin sağlam serebellar-beyin sapı nöro-devrelerine bağlı olduğunu38,39,40 gösterirken; iz ECC, hipokampustan41,42,43,44 ve diğer kortikal yapılardan45,46 ek nöral katılım gerektiren daha yüksek düzeyli bir prosedürdür. İz CR'lerini başarıyla edinmek için gereken zamanlama ile ilgili gereksinimler nedeniyle, bu görevin öğrenilmesi (normal denekler için bile) daha zordur.

Şekil 1: İzleme tipi göz kırpma klasik koşullanması. Tüpsüz kontrol (UC) grubundaki yetişkin bir sıçanı temsil eden gerçek bir dalga formu gösterilmektedir. İlk olarak ton CS (85 dB, 2.8 kHz) 380 ms boyunca sunulur. Ardından, herhangi bir uyaranın bulunmadığı 500 ms'lik bir izleme aralığı geçer. Sonrasında 100 ms boyunca şok US (1.6 mA) uygulanır. Bu görevde başarılı öğrenme, koşullu yanıt (CR) zaman penceresi (Toplam CR dönemi) sırasındaki göz kırpmaların frekansının (%) veya genliğinin (volt cinsinden) birçok eğitim oturumu boyunca artmasıyla gerçekleşir. Özellikle, sağlam bir hipokampusa sahip olan kemirgenler, genellikle şok US başlangıcından hemen önce (200-ms'lik bir pencere içinde) zamanlaması daha iyi olan CR'ler (Adaptif CR'ler) verirler. Ton CS başlangıcından sonraki ilk 80 ms içindeki irkilme yanıtları (SR'ler) ve koşulsuz yanıtlar (UR'ler) da ölçülür. İyi eğitilmiş kemirgenlerde ilişkisel olmayan SR'ler tipik olarak düşük veya yokken, UR'lerin frekans ve genlik açısından yüksek olması beklenir. Bu görev, kemirgenin CS bitişi ile US başlangıcı arasındaki ilişkiyi (izleme aralığı sırasında) köprülemeyi öğrenmesini gerektirir, bu nedenle gecikmeli ECC'ye kıyasla edinilmesi doğası gereği daha zordur. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Burada, 85 dB'lik bir ton CS'nin (2,8 kHz) 380 ms boyunca verildiği, ardından 1,6 mA'lik bir şok US'nin 100 ms boyunca uygulandığı ve bu stimülasyonların 500 ms'lik bir izleme süresiyle ayrıldığı bir izleme ECC prosedürü ile değerlendirilen, binge tarzında uygulanan neonatal alkol maruziyetinin olumsuz fonksiyonel sonuçlarını gösteriyoruz. Neonatal alkol maruziyetinin etkilerini hafifletmede kolin müdahalesi ve demir takviyesini inceleyen önceki çalışmalarda bu davranışsal analiz yönteminin faydasını rapor etmiştik18,47. Gerçekten de, izleme ECC, neonatal alkol kaynaklı hipokampal patolojiyi değerlendirmek için bir tanı aracı olarak kullanılabilir. Gecikmeli ECC'ye göre avantajı, FASD'li insanlarda bozulmuş olan hipokampal fonksiyonlardaki aksaklıkları tespit etmede daha hassas olmasıdır.
ECC'nin gösterimi, fetal alkol alanının çok ötesine uzanmaktadır. ECC'nin birçok varyantı (örneğin, geciktirme, izleme, bileşik, tersine çevirme); gelişim boyunca öğrenmedeki ontogenetik farklar, normal memelilerde çağrışımsal öğrenmenin nörobiyolojik temeli ve ayrıca teratojenler, çevresel toksinler, travmatik beyin hasarı, nörodejeneratif hastalıklar ve psikiyatrik durumlar dahil olmak üzere (bunlarla sınırlı olmamak kaydıyla) birçok zorluğa karşı farklı beyin sistemlerinin hassasiyetlerini aydınlatmak için kullanılabilir.