Beyin Duyusal Hatıraları Nasıl Oluşturur?

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. Science’ın son sayısında, Max Planck Beyin Araştırmaları Enstitüsü Araştırma Grubu Lideri Dr. Johannes Letzkus öncülüğünde bir bilim insanı ekibi, bu deneyime bağlı yukarıdan aşağıya bilginin kaynağını belirledi.

İnsan beyninin en geniş alanı neokortekstir.

Bu bölge genişler, memeli evrimi boyunca büyük ölçüde farklılaşır. Ve insanları en yakın akrabalarından ayıran birçok kapasitenin çoğuna aracılık ettiği düşünülür. Dahası, bu bölgedeki işlev bozukluğu psikiyatrik rahatsızlıklarda da merkezi bir rol oynar. Neokorteksin tüm yüksek bilişsel işlevleri, iki ayrı bilgi akışını bir araya getirerek etkinleştirilir: çevreleyen ortamdan gelen sinyalleri taşıyan ‘aşağıdan yukarıya’ bir akış ve geçmiş deneyimlerimizi ve şu anki hedeflerimizi kodlayan dahili olarak oluşturulmuş bilgileri ileten bir “yukarıdan aşağıya” akış.

“Onlarca yıl süren araştırmalar, çevreden gelen duyusal girdilerin nasıl işlendiğini açıkladı. Bununla birlikte, dahili olarak üretilen bilgiler hakkındaki bildiklerimiz henüz daha emekleme aşamasında. Bu, duyusal algı gibi yüksek beyin işlevlerini anlamamızdaki en büyük açıklıklardan biridir.” diyor Letzkus. Bu durum, ekibi yukarıdan aşağı sinyallerin kaynaklarını aramaya motive etti.

“Bizim ve diğer birçok bilim insanının yaptığı önceki çalışmalar, neokorteksin en üst katmanının, yukarıdan aşağıya bilgi taşıyan girdileri alan önemli bir site olduğunu öne sürmüştü. Bunu bir başlangıç ​​noktası olarak almak, talamusun bir bölgesini (ön beynin derinliklerinde gömülü bir beyin alanı) bu tür içsel bilgilerin temel bir aday kaynağı olarak tanımlamamıza izin verdi.”

Çalışmanın ilk yazarı ve Letzkus laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı olan Dr. M. Belén Pardi; bu gözlemlerden motive olarak, bir öğrenme paradigmasından önce ve sonra fare neokorteksindeki tek talamik sinapsların tepkilerini ölçebilen yenilikçi bir yaklaşım geliştirdi. “Sonuçlar gayet netti” diyor Pardi.

Letzkus: “Alakası olmayan nötr uyaranlar bu yoldaki küçük ve geçici tepkilerle şifrelenirken, öğrenme faaliyetlerini güçlü şekilde artırdı. Ve zamanla sinyalleri hem daha hızlı hem de daha sürekli hale getirdi.” Bu, neokorteksteki talamik sinapsların, hayvanın önceki deneyimini kodladığını gösterir. “Kazanılan hafızanın gücü ile talamik aktivitedeki değişikliği karşılaştırdığımızda durumun böyle olduğuna gerçekten ikna olmuştuk. Bu da talamustan gelen girdilerin, uyaranların öğrenilen davranışsal ilgisini belirgin olarak kodladığını gösteren güçlü bir pozitif ilişki ortaya çıkardı.” diyor .

Ancak bu mekanizma, bu yukarıdan aşağıya bellekle ilgili sinyaller için seçici midir?

Duyusal uyaranlar, onlarla ilişkilendirmeyi öğrendiklerimizle alakalı olabilir, aynı zamanda yalnızca fiziksel özelliklerinden dolayı da olabilir. Örneğin, yüksek sesler hem insanlarda hem de hayvanlarda daha kolay dikkat çeker. 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 adamları, merkezi önemleri göz önüne alındığında, bu sinyallerin neokortekste alınma şeklinin sıkı bir şekilde düzenlenmesi gerektiğini tahmin ettiler. Pardi ve meslektaşları, Dr. Henning Sprekeler laboratuvarı ve Technische Universität Berlin’deki ekibiyle iş birliği içinde hesaplamalı modelleme ile birleştirilen daha sonraki deneylerde bu konuyu ele aldılar. Sonuçlar, bu yol boyunca bilgiyi hassas bir şekilde ayarlayabilen, önceden bilinmeyen bir mekanizmayı tanımladı.

Ve bu yukarıdan aşağıya sinyallerin dinamik bir bekçisi olarak neokorteksin en üst katmanındaki özel bir nöron türünü tanımladı. Bu sonuçlar, duyusal uyaranlarla ilişkili geçmiş deneyimler hakkında önemli bir bilgi kaynağı olarak duyusal neokortekse talamik girdileri ortaya koymaktadır. 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.” diyor Letzkus.

EYLÜL YAŞAR