Çeviren: Ümit Sözbilir
Düzenleyen: Esranur Maral
Özet: Yeni çalışma, talamusun bir bölgesini neokorteksteki geçmiş deneyimleri kodlayan temel sinyal kaynağı olarak tanımlıyor.
Beyin, duyularımız tarafından toplanan bilgileri kodlar. Bununla birlikte, çevremizi algılamak ve onunla yapıcı bir şekilde etkileşime girmek için bu duyusal sinyallerin önceki deneyimlerimiz ve mevcut hedeflerimiz bağlamında yorumlanması gerekir. Frankfurt’taki Max Planck Beyin Araştırmaları Enstitüsü Araştırma Grubu Lideri Johannes Letzkus liderliğindeki bir bilim insanı ekibi, bu deneyime bağlı yukarıdan aşağıya bilginin temel bir kaynağını belirledi.
Neokorteks, insan beyninin en geniş alanıdır. Memeli evrimi sırasında muazzam bir şekilde genişledi, farklılaştı ve aynı zamanda insanları en yakın akrabalarından ayıran birçok kapasiteye aracılık ettiği düşünülüyor. Dahası, bu alandaki işlev bozuklukları da birçok psikiyatrik bozuklukta merkezi bir rol oynamaktadır. Neokorteksin tüm yüksek bilişsel işlevleri, iki farklı bilgi akışını bir araya getirerek etkinleştirilir: çevreleyen ortamdan sinyalleri taşıyan “aşağıdan yukarıya” bir akış ve önceki deneyimlerimizi ve mevcut hedeflerimizi kodlayan dahili olarak oluşturulmuş bilgileri ileten “yukarıdan aşağıya” bir akış.
“Onlarca yıl süren araştırmalar, çevreden gelen duyusal girdilerin nasıl işlendiğini açıkladı. Bununla birlikte, dahili olarak üretilen bilgiler hakkındaki bilgilerimiz henüz emekleme aşamasında. Bu, duyusal algı gibi yüksek beyin işlevlerini anlamamızdaki en büyük boşluklardan biridir.” diyor Letzkus. Söz konusu durum, ekibi bu yukarıdan aşağı sinyallerin kaynaklarını arama konusunda motive etti. “Biz ve diğer birçok bilim insanı tarafından yapılan önceki çalışmalar, neokorteksin en üst katmanının yukarıdan aşağıya bilgi taşıyan girdileri alan önemli bir bölge olduğunu öne sürmüştü. Bunu bir başlangıç noktası olarak almak, talamusun bir bölgesini -ön beynin derinliklerine gömülü bir beyin alanı- bu tür dahili bilgilerin temel bir aday kaynağı olarak tanımlamamıza izin verdi.”
Bu gözlemlerden motive olan çalışmanın ilk yazarı ve Letzkus laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı olan M. Belén Pardi, bir öğrenme paradigmasından önce ve sonra fare neokorteksindeki tek talamik sinapsların tepkilerini ölçmesini sağlayan yenilikçi bir yaklaşım geliştirdi. Pardi, “Sonuçlar çok netti.” diye hatırlıyor. “Alakası olmayan nötr uyaranlar, bu yoldaki küçük ve geçici tepkilerle kodlanırken öğrenme etkinliklerini güçlü bir şekilde artırdı ve sinyalleri zaman içinde hem daha hızlı hem de daha sürdürülebilir hâle getirdi.” Bu, neokorteksteki talamik sinapsların, hayvanın önceki deneyimini kodladığını göstermektedir. “Kazanılan hafızanın gücü ile talamik etkinlikteki değişikliği karşılaştırdığımızda durumun böyle olduğuna gerçekten ikna olmuştuk: Bu, talamustan gelen girdilerin, uyaranların öğrenilen davranışsal ilişkisini belirgin bir şekilde kodladığını gösteren güçlü bir pozitif korelasyon ortaya çıkardı.” diyor Letzkus.
Neokorteksin en üst katmanında, bellekle ilgili bilgiler talamustan (turuncu) gelen sinapslar tarafından aktarılır ve bunlar da yerel “bekçi” nöronları (mavi) tarafından kontrol edilir. (Kaynak: © MPI f. Brain Research)
Ancak bu mekanizma, bu yukarıdan aşağıya bellekle ilgili sinyaller için seçici midir? Duyusal uyaranlar, onlarla ilişkilendirmeyi öğrendiklerimiz nedeniyle alakalı olabilir ama aynı zamanda yalnızca fiziksel özelliklerinden dolayı da alakalı olabilir. Örneğin, yüksek sesler hem insanlarda hem de hayvanlarda kolay dikkat çekiyor. Ancak bu, önceki deneyimlerle pek ilgisi olmayan düşük seviyeli bir işlevdir. Pardi, “Şaşırtıcı bir şekilde, bu aşağıdan yukarıya alaka biçimi için çok farklı, aslında zıt kodlama mekanizmaları bulduk.” diyor.
Bilim insanları, merkezi önemleri göz önüne alındığında, bu sinyallerin neokortekste alınma şeklinin sıkı bir şekilde düzenlenmesi gerektiğini tahmin ettiler. Pardi ve meslektaşları, Henning Sprekeler Laboratuvarı ve Technische Universität Berlin’deki ekibiyle iş birliği içinde hesaplamalı modelleme ile birleştirilen daha sonraki deneylerde bu konuyu ele aldı. Sonuçlar, bu yol boyunca bilgiyi ince bir şekilde ayarlayabilen, önceden bilinmeyen bir mekanizmayı ve bu yukarıdan aşağıya sinyallerin dinamik bir bekçisi olarak neokorteksin en üst katmanındaki özel bir nöron türünü tanımladı.
“Bu sonuçlar, duyusal uyaranlarla ilişkilendirilen geçmiş deneyimler hakkında anahtar bilgi kaynağı olarak duyusal neokortekse talamik girdileri ortaya koyuyor. Bu tür yukarıdan aşağıya sinyaller, otizm ve şizofreni gibi bir dizi beyin bozukluğunda bozuluyor ve umudumuz, mevcut bulguların bu ağır koşulların altında yatan uyumsuz değişikliklerin daha derin bir şekilde anlaşılmasına da olanak sağlamasıdır.” diye bitiriyor Letzkus.
