Çeviren: Ümit Sözbilir
Düzenleyen: Esranur Maral
Özet: İki yeni çalışma, beynin zamanı ve yeri hafızalara nasıl kodladığına ışık tuttu. Bulgular, bellek üzerine temel araştırmalara katkıda bulunmakla kalmayıp aynı zamanda travmatik beyin hasarı veya Alzheimer hastalığı gibi durumlardan kaynaklanan hafıza kaybıyla mücadele etmek için yeni tedavilerin de temelini oluşturabilir.
UT Southwestern araştırmacıları tarafından yürütülen iki çalışma, beynin zamanı ve yeri hafızalara nasıl kodladığına yeni bir ışık tuttu. Son zamanlarda PNAS ve Science‘ta yayımlanan bulgular, bellek üzerine temel araştırmaların gövdesine katkıda bulunmakla kalmayıp aynı zamanda travmatik beyin hasarı veya Alzheimer hastalığı gibi durumlardan kaynaklanan bellek kaybıyla mücadele için yeni tedavilerin de temelini oluşturabilir.
Yaklaşık on yıl önce, sıçanlarda “zaman hücreleri” olarak bilinen bir grup nöron keşfedildi. Bu hücreler, olayların meydana geldiği zamanı kaydetmede benzersiz bir rol oynarlar ve beynin epizodik bir bellekte olanların sırasını doğru şekilde işaretlemesine izin verirler.
UTSW’de Nörolojik Cerrahi Doçenti ve PNAS çalışmasının kıdemli yazarı Bradley Lega, beynin hipokampusunda yer alan bu hücrelerin, hayvanlar olayları kodlarken ve hatırlarken karakteristik bir etkinlik modeli sergilediğini söylüyor. Lega, “Tekrarlanabilir bir sırayla ateşleyerek beynin olaylar olduğunda organize olmasına izin veriyor.” diyor. Ateşleme zamanlaması, presesyon olarak bilinen bir süreçte teta salınımları adı verilen 5 Hz beyin dalgaları tarafından kontrol edilir.
Lega, zamanla ilgili bilgilere güçlü talepler getiren bir hafıza görevi kullanarak insanların da zaman hücrelerine sahip olup olmadığını araştırdı. Lega ve meslektaşları, epilepsi hastalarının nöbetleri tetikleyen beyinlerinin hasarlı kısımlarını çıkarmak için ameliyattan birkaç gün önce kaldığı UT Southwestern’deki Peter O’Donnell Jr. Beyin Enstitüsündeki Epilepsi İzleme Biriminden gönüllüler topladı. Lega, bu hastaların beyinlerine yerleştirilen elektrotların cerrahlarının nöbet odaklarını tam olarak belirlemelerine yardımcı olduğunu ve ayrıca beynin iç işleyişi hakkında değerli bilgiler sağladığını söylüyor.
27 gönüllünün beynindeki hipokampustaki elektriksel etkinliği kaydeden araştırmacılar, onlara 12 kelimelik bir listeyi 30 saniye boyunca okumayı içeren “ücretsiz hatırlama” görevleri yaptırdı. Listelerin ezberlenmesinden kaçınmak için kısa bir matematik problemi yapmak ve ardından sonraki 30 saniye boyunca listeden olabildiğince çok kelimeyi hatırlamak da görevin içindeydi. Bu görev, her bir kelimeyi Lega ve ekibinin zaman hücrelerini aramasına olanak tanıyan bir zaman dilimiyle (üzerinde bulunduğu liste) ilişkilendirmeye ihtiyaç duyar. Ekibin bulduğu şeyse heyecan vericiydi: Sadece sağlam bir zaman hücresi popülasyonu tanımlamakla kalmadılar aynı zamanda bu hücrelerin ateşlenmesini, bireylerin kelimeleri zaman içinde ne kadar iyi bağlayabileceklerini tahmin ettiler (zamansal kümeleme adı verilen bir olgu). Son olarak bu hücreler, tahmin edildiği gibi insanlarda faz presesyonu sergiliyor gibi görünmektedir.
Lega, “Yıllardır bilim insanları, zaman hücrelerinin hayatımızdaki olayların anılarını bir arada tutan yapıştırıcı gibi olduğunu öne sürdüler. Bu bulgu, özellikle bu fikri zarif bir şekilde destekliyor.” diyor.
Science’ta yayımlanan ikinci çalışmada Sinir Bilim Yardımcı Doçenti Brad Pfeiffer, hem hayvanlarda hem de insanlarda olayların nerede meydana geldiğini kaydeden bir hipokampal hücre popülasyonu olan yer hücrelerini inceleyen bir ekibe liderlik etti. Pfeiffer açıklamasına göre araştırmacılar, hayvanların daha önce gittikleri bir yolda ilerlerken yol boyunca farklı konumları kodlayan nöronların zamansal olaylar sırasına göre ateşlenen zaman hücrelerine benzer şekilde sırayla ateşleneceğini uzun zamandır biliyorlar. Ek olarak, fareler bir ortamı etkin olarak keşfederken yer hücreleri ayrıca farenin önündeki sanal bir konum taramasını temsil eden “mini diziler” hâlinde düzenlenir. Bu radar benzeri taramalar saniyede yaklaşık 8-10 kez gerçekleşir ve hemen yaklaşan olayları veya sonuçları tahmin etmek için bir beyin mekanizması olduğu düşünülmektedir.
Bu çalışmadan önce, fareler koşmayı bıraktıklarında yer hücrelerinin genellikle farenin önceki deneyimini ters yönde tekrardan oynadığı görülen uzun dizilerde yeniden etkin hâle geldiği biliniyordu. Bu “ters tekrar” olaylarının hafıza oluşumu için önemli olduğu bilinirken hipokampusun bu tür dizileri nasıl üretebildiği belirsizdi. Aslında önemli çalışmalar, deneyimin ileriye doğru “ileriye bakma” sekanslarını güçlendirmesi ancak ters tekrar olaylarını zayıflatması gerektiğini gösterdi.
Pfeiffer ve meslektaşları, bu geriye ve ileriye dönük hatıraların birlikte nasıl çalıştığını belirlemek için sıçanların hipokampusune elektrotlar yerleştirdi ve ardından iki farklı yeri keşfetmelerine izin verdi: kare bir arena ve uzun, düz bir parkur. Onları bu boşluklardan geçmeye teşvik etmek için çeşitli yerlere çikolatalı sütlü kuyular yerleştirdiler. Daha sonra, konumlarına nasıl karşılık geldiğini görmek için hayvanların yer hücre etkinliğini çözümlediler.
Sıçanlar bu boşluklarda dolaşırken belirli nöronlar ateşlendi ve yerle ilgili bilgileri kodladı. Aynı nöronlar, sıçanların yollarını takip ettikleri anda aynı sırayla ateşlendi ve yolculuklarının farklı bacaklarını tamamlarken periyodik olarak tersine ateşlendi. Ancak verilere daha yakından bakıldığında araştırmacılar yeni bir şey buldular: Sıçanlar bu boşluklardan geçerken nöronları yalnızca ileri, öngörücü mini sekanslar değil aynı zamanda geriye dönük mini sekanslar da sergiledi. İleri ve geri sekanslar birbiriyle değişiyordu ve her birinin tamamlanması yalnızca birkaç düzine milisaniye sürdü.
Pfeiffer, “Hayvanlar ilerlerken beyinleri, bir saniyeden daha kısa zaman dilimlerinde olmak üzere daha sonra ne olacağını beklemekle az önce ne olduğunu hatırlamak arasında sürekli değişiyordu.” diyor.
Pfeiffer ve ekibi şu anda bu hücrelerin beynin diğer bölümlerinden hangi girdileri aldıklarını ve bunların bu ileri veya geri kalıplarda hareket etmelerine neden olduğunu inceliyorlar. Teoride, beynin bir olayın nerede gerçekleştiğini daha büyük doğrulukla hatırlamasına yardımcı olmak için bu sistemi ele geçirmek mümkün olabilir. Lega ekliyor: benzer şekilde uyarım (stimülasyon) teknikleri, insanların olayların zamansal sıralarını daha doğru bir şekilde hatırlamalarına yardımcı olmak için zaman hücrelerinin kesin modellemesini eninde sonunda taklit edebilir. Hem hayvan modelleri hem de insanlarla yapılacak daha ileri çalışmalar bu hedefleri gerçeğe dönüştürmeye yardımcı olabilir.
“Son birkaç on yılda, bellekle ilgili yeni bulgularda bir patlama oldu.” diye söyleyip ekliyor: “Hayvanlardaki temel keşifler ile insanlara nasıl yardım edebilecekleri arasındaki mesafe artık çok daha kısalıyor.”
