Çeviren: Rabia Selen
Düzenleyen: Ümit Sözbilir
Özet: Bulgular, panik ve travma sonrası stres bozuklukları ile ilgili yeni araştırma alanlarına işaret eden hafıza merkezinin devresini haritalama çabalarını desteklemektedir.
Sokakta yürüyen bir kadın bir patlama duyar. Birkaç dakika sonra önünde yürüyen erkek arkadaşının vurulduğunu keşfeder. Bir ay sonra kadın kontrol için acil servise gider. Bu hastanın dediğine göre çöp kamyonları tarafından yapılan sesler kendisinde panik ataklara neden olmaktadır. Beyninin, yüksek sesler ve tanık olduğu yıkıcı manzara arasında derin ve kalıcı bir bağlantı oluşturduğu görülür.
Klinik psikiyatrist ve yeni bir çalışmanın ortak yazarı olan doktora öğrencisi Mohsin Ahmed tarafından aktarılan bu hikâye, beynin zaman aracılığıyla birbirinden ayrılmış olayları hatırlama ve bağlama yeteneğinin güçlü bir örneğidir. Neuron‘da yayımlanan ve farelerde yapılan bu yeni çalışmayla, Columbia’nın Zuckerman Enstitüsündeki bilim insanları beynin bu tür kalıcı bağlantıları nasıl oluşturabileceğine ışık tutmuştur.
Bilim insanları, bellek için önemli bir beyin bölgesi olan hipokampüsün -beynin derinliklerinde gömülü küçük, denizatı şeklinde bir bölge- zaman içinde köprüler kurduğu şaşırtıcı bir işleyişi ortaya çıkardılar: hipokampüs, rastgele görünen etkinlik patlamaları yaparak, aslında zaman içinde beynin ilişkileri öğrenmesine yardımcı olan karmaşık bir düzen oluşturmaktadır. İlişkisel öğrenmenin ardında yatan devreyi ortaya çıkaran bulgular, panik ve travma sonrası stres bozuklukları gibi anksiyete, travma ve stresle ilişkili bozuklukların daha iyi anlaşılması için temel oluşturuyor ve kötü olmayan bir olay olumsuz bir tepki ortaya çıkarabiliyor.
“Bugün farelerde yapılan çalışma ile zaman içinde ayrılmış farklı olayları birbirine bağlamak için beynin üstlendiği karmaşık hesaplamaları haritaladık.”
Columbia’daki Mortimer B. Zuckerman Zihinsel Beyin Davranışı Enstitüsü’nün baş araştırmacısı, makalenin ortak yazarı ve tıpta doktoralı tıp doktoru Attila Losonczy, “Hipokampüsün, 10 ila 30 saniye arayla bile meydana gelen iki olayı birbirine bağlayan öğrenme biçimleri için önemli olduğunu biliyoruz, bu yetenek hayatta kalmanın anahtarıdır ancak arkasındaki işleyişleri kanıtlamak zor olmuştur. Farelerde yapılan çalışma ile, zaman içinde ayrılan farklı olayları birbirine bağlamak için beynin üstlendiği karmaşık hesaplamaları haritaladık.” demiştir.
Hipokampüs öğrenme ve hafıza için önemli bir merkezdir. Farelerde yapılan önceki deneyler, hipokampüs alanına zarar geldiğinde hayvanların onlarca saniye ile ayrılmış iki olayı bile ilişkilendirmeyi öğrenmekte güçlük çektiğini gösterir.
Columbia’nın Vagelos Doktorlar ve Cerrahlar Fakültesinde klinik psikiyatri yardımcı doçenti ve çalışmanın ilk yazarlarından olan Dr. Ahmed “Hâkim görüş; hipokampüsteki hücrelerin bu tür olayları ilişkilendirmek için sürekli bir faaliyet sürdürdüğüdür, bu hücreleri kapattığımızda öğrenme işlemleri bozulacaktır.” dedi.
Bu geleneksel görüşü test etmek için araştırmacılar, hayvanlar iki farklı uyarana maruz kaldıklarında -nötr bir ses ve ardından küçük ama hoş olmayan bir hava üflemesi- farelerin hipokampüsünün parçalarını görüntülediler. On beş saniyelik bir gecikme iki olayı birbirinden ayırdı. Bilim insanları bu deneyi birkaç denemede tekrarladılar. Zamanla fareler sesi gelecek hava üflemesi ile ilişkilendirmeyi öğrendi. Gelişmiş iki foton mikroskopi ve fonksiyonel kalsiyum görüntüleme kullanarak, hayvanların hipokampüsündeki binlerce sinir hücresinin etkinliğini günlerce, her deneme boyunca aynı anda kaydetti.
Columbia’nın Vagelos Doktorlar ve Cerrahlar Fakültesinde Sinir Bilim profesörü olan Dr. Losonczy, “Bu yaklaşımla daha basit bir şekilde de olsa iki olayı birleştirmeyi öğrendiğimizde kendi beynimizin sürecini taklit edebiliriz” dedi.
Topladıkları bilgileri anlamak için araştırmacılar, büyük miktardaki deneysel veriyi analiz etmek için güçlü matematiksel araçlar geliştiren hesaplamalı sinir bilimcilerle birlikte çalıştılar.
Columbia’nın Zuckerman Enstitüsünde baş araştırmacı ve gazetenin kıdemli yazarı, hesaplamalı sinir bilimci Stefano Fusi, “İşitsel ton ile hava üflemesini birbirine bağlayan on beş saniyelik boşluk boyunca devam edip tekrarlayan, hipokampüsün bir göstergesi olarak sürekli sinirsel etkinlik görmeyi umduk ama verileri analiz etmeye başladığımızda böyle bir etkinlik görmedik.” dedi.
Bunun yerine, on beş saniyelik zaman aralığı boyunca kaydedilen sinirsel etkinlik seyrekti. Sadece az sayıda nöron ateşlendi ve görünüşte rastlantısallık yaptılar. Bu dağınık etkinlik, bir telefon numarasını ezberlemek gibi beynin diğer öğrenme ve hafıza görevleri sırasında gösterdiği sürekli etkinlikten belirgin şekilde farklı görünüyordu.
Makalenin ortak ilk yazarı olan James Priestley, “Etkinlik, görev boyunca aralıklı ve rastgele zaman aralıklarında duruyor ve harekete geçiyor gibi görünüyordu. Etkinliği anlamak için verileri analiz etme şeklimizi değiştirmemiz ve rastgele süreçleri anlamlandırmak için tasarlanmış araçları kullanmamız gerekiyordu.” dedi.
Nihayetinde, araştırmacılar rastgele bir model keşfettiler: nöronların bilgi depolamak için oldukça etkili bir yol gibi görünen bir zihinsel hesaplama modeli. Nöronlar belki de hücrelerin elektriksel etkinliği yerine sinaps denilen bağlantılardaki bilgileri kodlayarak birbirleriyle sürekli iletişim kurmak yerine enerji tasarrufu sağlar.
Columbia’nın Vagelos Doktorlar ve Cerrahlar Fakültesinde Sinir Bilim profesörü olan Dr. Fusi, “Beynin, tüm bu saniyeler boyunca devam eden bir etkinlik sürdürmediğini görmek bizi mutlu etti çünkü metabolik olarak bu bilgiyi depolamanın en etkili yolu değil. Beynin, sinapsların gücünü değiştirmeyi sağlayabileceğinden şüphelendiğimiz bu köprüyü inşa etmek için daha etkili bir yolu var gibi görünüyor.” dedi.
İlişkisel öğrenmede yer alan devreyi haritalamaya yardımcı olmanın yanı sıra, bu bulgular aynı zamanda panik ve travma sonrası stres bozukluğu gibi ilişkisel bellekte işlev bozukluklarını da içeren bozuklukları daha derinlemesine araştırmak için bir başlangıç noktası sağlar.
Columbia’nın Zuckerman Enstitüsündeki Losonczy laboratuvarının bir üyesi olan Dr. Ahmed, “Çalışmamız bu hastalıkların herhangi birinin klinik sendromlarını açıkça modellemese de bu hastalıkları anlamada son derece bilgilendirici olabilir. Örneğin, hastalar başka biri için korku ya da panik açığa çıkarmayacak iki olay arasında korkutucu bir ilişki yaşadıklarında beyinde neler olabileceğinin bazı yönlerini modellememize yardımcı olabilir.” dedi.
