Araştırmacılar beynin anıları nasıl ayırdığı, depoladığı ve geri çağırdığını keşfetti

Araştırmacılar beynimizde meydana geldikleri zamana bağlı olarak, ayrı anıları organize eden iki tür hücre tanımladı. Bu bulgu, insan beyninin anıları nasıl oluşturduğuna dair anlayışımızı geliştirirken, Alzheimer hastalığı gibi hafıza bozukluklarına karşı da etkili olabilir.

National Institutes of Health’in Nöroteknoloji bölümünün desteklediği çalışma, Nature Neuroscience dergisinde yayımlandı. NIH BRAIN Initiative programının direktörü ve doktora sahibi Jim Gnadt araştırmayla ilgili olarak, "Bu çalışma, araştırmacıların insan beyninin düşünme biçimini nasıl inceledikleri hakkında devrimsel nitelikte. Düşünce üreten nöronları doğrudan kaydederek, insan dışı primatlarda ve kemirgenlerde daha önce kullanılan bir yaklaşımı insan sinir bilimine getiriyor” dedi. 

Beynimiz anıları nasıl oluşturur ve düzenler?

Los Angeles'taki Cedars-Sinai Tıp Merkezi'nde beyin cerrahisi, nöroloji ve biyomedikal bilimler profesörü olan Ueli Rutishauser tarafından yürütülen bu çalışma, aldatıcı derecede basit bir soruyla başladı: Beynimiz anıları nasıl oluşturur ve düzenler? Uyanık yaşamlarımızı sürekli bir deneyim olarak yaşıyoruz. Ancak insan davranışı çalışmalarına dayanılarak, bu yaşam olaylarını ferdi, farklı anlar olarak depoladığımıza inanılıyor. Bir hafızanın başlangıcını ve sonunu ne belirler?

Bu teoriye “olay bölünmesi” deniyor. Sürecin insan beyninde nasıl çalıştığı hakkında ise nispeten az şey biliyoruz. Bunu incelemek için Rutishauser ve meslektaşları, ilaca dirençli epilepsi hastalarının tedavilerinde, ameliyatlarına rehberlik etmesi için intrakraniyal (kafa tası içi) beyin aktivitesi kaydı yapılan 20 kişiyle çalıştı.

Farklı tipte “bilişsel sınırlar” içeren film klipleri gösterip hastaların beyin aktivitesinin nasıl etkilendiğini incelediler. Bu klipler anıların beyinde depolandığı sırada tetiklenen değişiklikleri açığa çıkardığı düşünülen, beyindeki bellek "dosyalarının" başlangıç ve sonunu işaret eden geçişleri içeriyordu. İlk sahnenin hikayesini sıradaki sekansla devam ettiren videolar "yumuşak sınır" olarak adlandırılan ilk tür.

Örneğin, beyzbol maçında topa vurulduktan sonra kameranın saha oyuncusunu çekmeye başlaması. Buna karşılık "sert sınır", tamamen farklı bir hikayeye yapılan bir geçiş olarak tanımlanıyor. Mesela, topa vurulduktan sonra sahnenin bir reklam filmine evrilmesi. Boston Çocuk Hastanesi'nde doktora sonrası araştırmacı olan, çalışmanın ilk yazarı Jie Zheng, iki sınır arasındaki temel farkı açıkladı: “Bu aynı hikaye içinde yeni bir sahne mi, yoksa tamamen farklı bir hikaye mi? Anlatının bir klipten diğerine ne kadar değiştiği, bilişsel sınırın türünü belirliyor”. 

Fotoğrafların telefonda saklanma biçimine benzer

Araştırmacılar, videoları izlerken katılımcıların beyin aktivitelerini kaydettiler. Aktivitelerini artırarak farklı türdeki sınırlara yanıt veren iki farklı hücre grubunu fark ettiler. "Sınır hücreleri" olarak adlandırılan bu grup, yumuşak ve sert bir sınıra yanıt olarak daha aktif hale geldi. “Olay hücreleri” olarak adlandırılan ikinci bir grup ise yalnızca katı sınırlara yanıt verdi. Bu da yeni bir hafızanın, hem sınır hem de olay hücrelerinin aktivitesinde bir zirve olduğunda yaratıldığına dair teoriyi ortaya çıkardı. Yani bu durum, sadece katı sınırın ardından meydana geliyor.

Fotoğraflarınızın telefonunuzda saklanma biçimi, anıların beyinde nasıl depolanıp erişilebileceğine ilişkin bir benzetme olabilir. Fotoğraflar genellikle, ne zaman ve nerede çekildiklerine göre otomatik olarak kategorize edilir. Sonrasında da size o etkinliğin önemli bir fotoğrafı olarak gösterilir. Fotoğrafa tıkladığınızda, o belirli olayın detayına inebilirsiniz. Dr. Rutishauser konuyla ilgili şunu şöylüyor: "Sınırlara olan yanıt, yeni bir fotoğraf etkinliği oluşturmak gibi düşünülebilir. Hafızayı oluştururken, o etkinliğe yeni fotoğraflar ekleniyor. Sert bir sınır oluştuğunda, o olay kapanıp bir yenisi başlıyor. Yumuşak sınırlar ise, tek bir etkinlik içerisinde yaratılan yeni görselleri temsil ediyor.”

Araştırmacılar daha sonra anıların geri çağrılması konseptine yöneldi. Bu sürecin sınır ve olay hücrelerinin etkinleşmesi ile olan ilişkilerini incelediler. Önemli fotoğrafların olayları tanımlamak için kullanılması gibi, beynin geçmiş anıları “gözden geçirmek” için sınır hücrelerinin zirvelerini birer sinyal olarak kullandığını teorileştirdiler. Beyin tanıdık gelen bir örüntüyü bulduğunda, o olayı “açıyor”.

Tedavide kullanılabilir

Bu teoriyi incelemek için tasarlanmış iki farklı hafıza testi kullanıldı. İlkinde, katılımcılara bir dizi durağan görüntü gösterildi ve az önce izledikleri film kliplerindeki bir sahneden olup olmadıkları soruldu. Katılımcıların sert veya yumuşak bir sınırdan hemen sonra meydana gelen görüntüleri hatırlama olasılıkları daha yüksekti. Hatırlanan anlar yeni bir "fotoğraf" veya "olay" oluşturulduğu zamana denk geliyor. 

İkinci test az önce izledikleri film kliplerinden alınan iki görselin sunulmasını içeriyordu. Ardından katılımcılara iki görselden hangisinin önce göründüğü soruldu. Katılımcıların ikisi sert bir sınırın farklı taraflarında meydana gelen, muhtemelen farklı “olaylara” yerleştirilmiş görselleri seçmekte çok daha zorlandıkları anlaşıldı. 

Bu bulgular, insan beyninin anıları nasıl oluşturduğuna, depoladığına ve eriştiğine dair bir bakış sağlıyor. Olay bölünmesi, hafıza bozukluğu yaşayan insanlarda etkilenebilecek bir süreç olduğundan, bu çıkarımlar yeni terapilerin geliştirilmesinde uygulanabilir.

Dr. Rutishauser ve ekibi gelecekte bu bulgularla ilgili terapiler geliştirmek için iki olası yolu incelemeyi planlıyor. İlk ihtimalde, en çok ödül mekanizmalarındaki rolleriyle bilinen kimyasal dopamini kullanan nöronlar, sınır ve olay hücreleri tarafından aktive edilebilir ve bu da anıların oluşumunu güçlendirmeye yardımcı olabilir. İkinci ihtimalde ise beynin iç ritimlerinden biri olan teta, öğrenme ve hafıza ile ilintili. Olay hücreleri bu ritimle eş zamanlı etkinleşirse, katılımcılar kendilerine gösterilen görüntülerin sırasını daha kolay hatırlayabilir. Derin beyin stimülasyonu teta ritimlerini etkileyebileceği için belirli hafıza bozuklukları olan hastaları tedavi etmenin bir diğer yolu olabilir.