Hafıza Nasıl Çalışır? Hipokampus aktivitesi ve egosentrik sahne

0
92
hafıza nasıl çalışır
Hafıza nasıl çalışır, credit: Tumisu/pixabay

Hafıza Nasıl Çalışır?

Hafıza nasıl çalışır? Hücresel seviyede hafıza modeli nedir? Hipokampus, konum hücreleri ve sahne ilişkisi. Fiziksel dünya ve egosentrik yön algısı nedir?

Diyelim ki tren istasyonunda eski bir arkadaş ile tanıştınız. Sizin bir metre kadar ötenizde duruyor. Tam o an demir yolunda, rayların üzerinde sağ tarafınızdan istasyona bir tren giriyor. Arkadaşınızın arkadaşında bir fırın görüyorsunuz. Bu tür sahneleri çoğu zaman detaylarıyla hatırlarız. Ancak bu çeşit zihinsel görüntüleri zihnimizde tam olarak nasıl şekillendirdiğimiz bir parça gizem içermektedir.

hafıza nasıl çalışır
Hafıza nasıl çalışır, credit: geralt/pixabay

Birçok araştırmacı, birisinin hayatındaki bir bölümü anımsamasını, orijinal olayın yeniden deneyimlenmesine benzetir. Burada anlaşılamayan belirsiz nokta bu sürecin tek bir beyin hücresi (nöron) seviyesinde nasıl algılandığıdır. Yakın zamanda eLife’ da yayınlanan yeni bir çalışmamız ile bu soruna çözüm olabilecek bir fikir geliştirdik.

Bildiğimiz üzere tek beyin hücrelerinin aktivitelerini ölçmek mümkündür. Kemirgenler üzerinde yapılan deneyler belirli hücrelerin ne zaman çevrede belirli bir noktada bir hayvan belirse, o zaman aktif olduklarını gösterdi. Bu nedenle belirli bir çevrede bir hayvanın pozisyonunu sunan bu hücrelere “Konum Hücreleri” adı verildi. Benzer şekilde diğer beyin hücreleri de aynı şekilde hayvandan belli bir mesafe ve yönde, her ne zaman bir çevresel sınır ile – bir odanın duvarları gibi- karşılaşılsa aynı aktif duruma geçti. Bu çeşit bulgular bize mekansal ilişkilerin beyin içerisinde nasıl sunulduğunu hakkında ipucu vermektedir.

Biraz önceki örnekte verdiğimiz gibi tren istasyonunda bir arkadaşınız ile karşılaştığınızda da beyin hücrelerinin de bulunduğunuz konumun tren istasyonu ile ilişkisini yansıtacak bir şekilde aktif olmaları gerekmektedir. Benzer şekilde diğer hücreler de sizden belli bir mesafe ve yöndeki öteki nesnelerin varlığı ( arkadaşınız, fırın ve tren gibi) ile ilgili uyarılmaktadır.

Diğer hücreler bu nesnelerin kimliğiyle ilgili uyarılarda bulunmaktadır. Bununla birlikte bu hücrelerin, algılama, hatırlama ve hatta yaşanan olayları hayal etme gibi zihinsel süreçlerle nasıl uyum içerisinde çalışabildikleri bilinmemektedir.

Hipokampus aktivitesi

Daha da soyut bir düzeyde tüm bu elementler; arkadaşınız, fırın, tren ve ortak konumsal dizilimleri, psikologların “sahne” olarak adlandırdıkları bir bütün oluşturmaktadırlar.

Algılamadaki bütün zihinsel süreç hatırlama ve hayal etme de dahil, “Sahne Oluşumu” adı verilen terim ile düzenlenmektedir. Bu nedenle hangi hücrelerin beraber çalıştığını bilmek, bu soyut düşünceleri, hücresel seviyede anlamamızı sağlayacaktır.

Beynimizin hipokampus adıyla bilinen bölgesi uzun zamandır hafıza için kritik bir öneme sahip olduğu bilinmektedir. Bununla beraber, hipokampüs bölgesi zarar görmüş hastaların konumsal sahneleri uyumlu bir şekilde hatırlamada da güçlük çektikleri görülmüştür. Bu da konumsal deneyimlerin hafızayla olan ilişkisini ortaya koymaktadır. Daha sonra yapılan beyin taramalarında yeni deneyimlerin hayali ile ve anıların hafıza canlandırılmasında beyin bölgelerinin örtüştüğü görüldü.

Zihinsel hayal kurma teknikleri bununla beraber, genel olarak beynin milyonlarca hücre içeren bölgelerini tanımlamaktadırlar. Bu da değişik özel bilgileri içeren potansiyel sinir ağlarının gözden kaçması anlamına geliyor. Bu nedenle beyin taramalarında hangi özel ağların nasıl bir davranış gösterdiğini anlamak oldukça zordur.

hipokampus aktivitesi
hipokampus aktivitesi, credit: Andrej Bicanski

Hafıza Modeli

Amacımız hücresel nöron seviyesinde tüm kanıtları bir araya getirmek ve tren istasyonundaki arkadaşınız örneğinde olduğu gibi sahnelerin anlamlı bir şekilde hatırlanması ve kodlanması için bir model oluşturabilmektir. Bunu yapabilmek için onları bu modelde sinaptik bağlantılar aracılığı ile bir birine bağlayan bölgesel olarak büyük miktarlarda özel rolleri ( konum belirleyici hücreler) olan hücreler seçtik.

Hafızanın çalışmasında rol alan konum belirleyici beyin hücreleriyle ilgili model daha önce de yapılmıştı. Ancak onları deneyimlerimiz ile ilişkilendirmek oldukça ilginç bir farklılık ortaya koydu. Konum belirleyici hücreler, sahnenin kendisi ile ilişkili sahne elementlerini temsil ediyorlar. Yani konumsal olarak seçili beyin hücreleri hem bizim konumumuzu hem sahnedeki diğer elementlerin konumunu “Dünya Odaklı” terimlerle kodluyorlar.

hafıza nasıl çalışır
Hafıza nasıl çalışır, credit: johnhain/pixabay

Basit bir şekilde anlatmak gerekirse, bu örneği pusula yönlerine benzetebiliriz. Bizim pozisyonumuz ve yönümüzden dolayı tren fırının güney doğusundadır. Bununla beraber, bizin konumsal yön deneyimimiz, bir sahneyi doğa içinde algılarken egosentrik yani benmerkezcil’dir.  Şöyle ki; tren sağımızda arkadaşımızı da önümüzde olarak algılarız.

Öyleyse biz dünyada olup biteni bir sahneyi hatırlarken, hipokampus içindeki ve yakınındaki nöronlar, çevresel sınırları ve nesneleri temsil etmek için nasıl bir araya geliyorlar?

Fiziksel dünyada yaşanan bir olayı hafızaya kaydetmek için gerekli olan tek şey, trenin fırının güney doğusunda olduğu gibi kendi yönümüze bakmadan ilişkili bir bilgi kümesi öğrenmektir. Tren burada bulunduğumuz ve baktığımız yöne göre sağımızda da solumuzda da olabilir.

Nöral temsillerin dönüşümü:

Hafıza nasıl çalışır sorusunu yanıtlamak için geliştirdiğimiz modelimiz; bu egosentrik bakıştan fiziksel dünyaya olan dönüşümün başka konum belirleyici nöronlar tarafından da yapılabileceğini gösterdi. egosentrik çatıda (ileri, sağ, sol) nesnelerin konumunu temsil eden hücreler dönüşüm ağındaki hücreleri çalıştırmaktadır. Bunun sonucunda da fiziksek dünyadaki temsilleri oluşturan hücreler aktif duruma geçmektedir. Bu hücreler aralarındaki bağın bu şekilde güçlenmesiyle de uzun süreli kalıcı hafızanın oluşumu sağlanmaktadır.

hafıza nasıl çalışır
Sol: kare şeklinde bir kutuyu inceleyen hayvana ait. Yeşil noktalar konum hücrelerinin aktif olduğu bölgeleri göstermektedir. Sağ: aktif bölgelerde mavi sessizlik, kırmızı ise en üst seviyede aktiflik anlamına geliyor.

Bu dönüşüm döngüsü, kritik bir şekilde tersine de işleyerek, kalıcı hafızadaki nöronların kodlarını çözme yoluyla, egosentrik bağlamdaki nesne konumlarını temsil eden hücreleri yeniden aktif hale getiriyor. Başka bir deyişle orijinal bir olay daha sonra yeniden deneyimlenebiliyor.

Hafıza modeli; hücrelerin orijinal olayın algılandığı zaman aktifleşen orijinal hücrelerin daha sonra hafızadan yeniden çağrılarak aktif edildiği, yeni bir çeşit hayal formu uyguluyor. Buradaki önemli nokta, olayın yeniden oluşturulmasındaki içeriğin, hayali rotaya bağlı olmasıdır. Eğer dönüşüm döngüsü, trenin sağınız yerine solunuzda olduğunu temsil eden hücreleri aktif ettiyse, kuzeye değil güneye baktığımızı hayal ediyor olacağız.

Hafıza modeli bize amnezi yani unutkanlık hastalığının değişik özelliklerini araştırarak hem insanlardaki hem de kemirgenlerdeki beyin hasarlarını simüle etme fırsatı verdi. Örneğin dönüşüm döngüsünü etkileyebilecek bir lezyon hafızadaki anılarımızı geri çağırmamıza engel olabilir. İlginç bir şekilde modelimiz hafızanın teknik olarak halen hipokampüs’ a yakın ve içinde olduğunu gösteriyor ancak öte yandan kendisi zihinsel bir imajı yeniden oluşturamıyor.

Alzaymır gibi özel bir hastalığı simüle etmek için halen çok erken olmasına karşın model bize; kavrama yetimizi etkileyen beynin çoklu bölgelerinde belirli özellikteki değişik konum hücrelerini yayılan beyin hasarlarıyla mücadele edebilmek için iyi bir başlangıç noktası vermektedir.

Robotikpedia, gelecekte görüşmek üzere…

Kaynak:  “Deciphering how memory works in the brain – at the level of individual cells” Yazar: <https://theconversation.com/deciphering-how-memory-works-in-the-brain-at-the-level-of-individual-cells-102950>

Hafıza nasıl çalışır, hipokampüs aktivitesi, robot haberleri, robotik haberler.

CEVAP VER

Lütfen yorumunuzu girin
Please enter your name here

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.