Hafıza nasıl çalışır, uyuyan farelerden neler öğrenebiliriz?

Hafıza nedir ve sınırı var mı? Bir şeyi unuttuğumuzda bunun nedeni yeni hatıranın mevcut hatıranın “üzerine yazılması” mı? Ünlü Amerikan animasyon dizisi The Simpsons‘taki baba Homer Simpson kesinlikle böyle olduğuna inanıyordu.

Homer bir bölümde eşi Marge’a “Hep yeni bir şeyler öğrendiğimde, beynimdeki eski şeyleri itiyor. Evde şarap yapma kursu aldığımda, araba kullanmayı unuttuğumu hatırlıyor musun?” diye soruyordu.

Homer’ın bu tespiti, gerçeklerden sandığımız kadar uzak olmayabilir.

“Catastrophic forgetting” (Felaket unutma) diye adlandırılan durumda, yeni bilgi edinme süreci, mevcut hafızayla karışabiliyor ya da onu “silebiliyor”.

Benzer bir durum, yapay zekaya enerji vermek için insan beyni üzerine modellenen dijital nöron ağlarda da görülüyor. Bu sistem, yapay zekanın öğrendiği mevcut şeylerin üzerine yenilerini koymakta sıklıkla zorlanıyor.

Beyinlerimizin nasıl anı ürettiğini anlamak üzerine çalışan ABD’deki Cornell Üniversitesi’nden araştırmacılar, buluşlarının, yapay zekayı geliştirmekte ve Alzheimer gibi hastalıklarla mücadelede kullanılabileceğini söylüyor.

Bunu, uyuyan fareler üzerinden tespit ettiler.

BEYNE AÇILAN PENCERE

Çalışmaları Nature dergisinde yayımlanan araştırma ekibi bir şey tespit etti: Fareler yeni ve eski hatıraların karışmasını, bu anıları uyku döngülerinin farklı aşamalarında işleyerek önlüyor gibi görünüyorlar.

BBC’ye konuşan Dr. Azahara Oliva “İlk kez, göze bakarak beynin hangi anıyı işlediğini, bu kadar spesifik bir şeyi bilebiliyoruz” dedi.

Fareler, bu tür deneyler için ideal çünkü uykularının bir aralığında gözleri kısmen açık kalıyor ve bu da bilim insanlarına beyine bakabilecekleri bir pencere sunuyor.

Fareler uyuduğunda, göz bebekleri bir dakika boyunca tekrar tekrar daralıyor ve daha sonra orijinal, daha büyük haline dönüyor.

Bilim insanları, farenin beyninin her bir uyku aşamasında farklı görevleri yerine getirdiğini tespit etti.

Dr. Olivia göz bebekleri büyükken beynin eski anıları sakladığını, daraldığında ise yeni anıları işlediğini söylüyor. Araştırma ekibi bu iki aşamalı sistemin beynin yeni bilgileri alıp, eskilerini saklama sorununa olası bir çözüm olabileceğine inanıyor.

GENETİĞİYLE OYNANMIŞ FARELER

Araştırmadaki bulguların elde edilmesi, beyazlardan daha akıllı olduğu düşünülen kahverengi farelerin, ışığa tepki veren genetiğiyle oynanmış beyin hücrelerine sahip olmasıyla mümkün kılındı.

Araştırma ekibinden Dr. Antonio Fernandez Ruiz “Farelerin genetiğiyle oynanmış, dolayısıyla beyinlerinde yapay bir protein var” diyor.

Araştırmacılardan Hongyu Changise şöyle açıklıyor:

“Beyine bir optik kablo yerleştirdiğimizde, çok az düzeyde ışık bile bu nöronları ışıldatıyor ve beyindeki spesifik hücreleri isteğimiz şekilde aktif hale getirebiliyoruz”.

Bu şekilde araştırmacılar kendi tasarladıkları özel ekipmanla, anı saklama sürecini tetikleyebiliyor ya da baskılayabiliyorlar.

Cornell University Deneydeki fareler, göz bebeklerinin bir ayna aracılığıyla bir kamera tarafından izlenebilmesi ve elektrotların beyne ulaşabilmesi için başlık takıyorlar.

Araştırmada farelere, kamera ve aynalı özel bir kulaklık takılıyor. Böylece bilim insanları farenin göz bebeğini gözlemleyebiliyor ve hangi uyku durumunda olduğunu anlayabiliyorlar.

Daha sonra beyin yalnızca gerekli dönemde, göz bebeği büyük veya küçük olduğunda uyarılabilir.

Beyne yerleştirilen minik elektrotlar, bilim insanlarının hem farenin beyin işlemlerini gözlemlemesine hem de anı oluşturma yeteneğini bozmasına olanak tanıyor.

Yüzlerce belirli nöronu incelemek, bilim insanlarına hangi sırayla hareket ettiklerini söylüyor. Önceki deneyimdeki sırayla uyuşuyorsa, uyuyan farenin daha önceki bir olayı gözden geçiriyor ve bir anı oluşturuyor veya pekiştiriyor olabileceğini gösteriyor.

“Bir odada yürüdüğümde, bazı nöronlar belirli bir sırayla hareket eder ve sonra gece, aynı hücreler aynı sırayla tekrar aktive olur, bu anıları pekiştirir ve sabitler” diye açıklıyor Chang.

Ancak, uyuyan faredeki genetiği değiştirilmiş nörona optik fiber aracılığıyla küçük miktarda ışık göndermek bu süreci bozar.

BİR FARENİN HAFIZASINI SİLMEK

Getty Images Araştırmada, izlenen farelere, uyuduktan sonra doğru yolu hatırlamaları gereken ödüller saklanıyor.

Raporun ortak yazarlarından Dr. Wenbo Tang “Fareyi üzerinde çok sayıda delik olan bir peynir labirentine koyduk” diyor.

“Ve deliklerden birinde gizli bir şeker ödülü vardı.”

Fareler tatlıya giden yolu öğreniyor ve bilim insanları nöronların ateşlendiği örüntüyü haritalandırıyor.

İkinci ve farklı bir yol belirleyerek, eski bir anı ile o gün oluşan anı arasında ayrım yapabiliyorlar.

Daha sonra ekip, seçici anıları silip silemeyeceklerini araştırmaya başladı.

Ekip, şekeri nasıl bulacaklarını yeni öğrenmiş farelerin, küçük göz bebeği uyku evresindeyken hafıza oluşturan nöronları bastırıldığında, uyandıklarında onu tekrar bulamadıklarını gördü.

Bilim insanları beynin yakın zamandaki deneyimlerin işlenmesinin göz bebeği küçükken gerçekleştiğini öğrendiler.

Daha önceki deneylerden, daha büyük göz bebeği evresinin farklı bir işlevi olduğunu düşünüyorlar: Mevcut anıları güçlendirmek.

Bu, ekibi, en azından farelerde, beynin yeni anıları işleme ve mevcut anıları pekiştirme görevlerini ayırdığı sonucuna götürdü. Bu sayede, büyük olasılıkla bunların birbirleriyle etkileşime girmesini engelliyor.

ALZHEIMER, TRAVMA VE YAPAY ZEKAYA YARDIMCI OLABİLİR

Getty Images Çalışmanın fareler üzerindeki bulgularının insanlar için de geçerli olduğu düşünülüyor.

Uykunun hafıza oluşumu süreci için ne kadar önemli olduğunu biliyoruz ve bu çalışma, beynin, uykunun farklı evrelerinde hafıza yaratma sorunlarını önlemede önemli olduğunu öne sürüyor.

Ekip, diğer birçok vakada olduğu gibi, farelerdeki bulguların insanlar için de geçerli olacağına inanıyor. Memeli olan fareler insanlarla birçok genetik benzerliğe sahip.

İnsan beyninin eski ve yeni hafızaları karıştırmasını önleyebilirsek, çeşitli rahatsızlıkları tedavi etmenin yollarını bulabiliriz.

Dr. Fernandez Ruiz, “Bunun doğal yaşlanma ve belki de Alzheimer gibi hastalıklarda görülen şey olduğunu düşünüyoruz” diyor.

Dr. Oliva, gelecekte, belirli travmatik anı veya deneyimin pekiştirilmesi sırasında müdahale edilebileceğini öne sürüyor.

Araştırma ayrıca yapay zekanın geliştirilmesine yardımcı olabilir.

Dr. Tang, “Bu çalışma uykunun anıları daha iyi depolamamıza nasıl yardımcı olabileceğiyle ilgili” diyor ve bu insan sağlığını iyileştirmeye yardımcı olabilir.