|Çarşamba, Nisan 23, 2014

Beynin Devre Şemasını Oluşturmak 

Çeviri: Sıdıka Özemre

Eski bir arkadaşınızı çok uzun yıllar görmemiş bile olsanız, yüzünü yeniden gördüğünüzde tanıdık gelmesi çok büyüleyici değil mi sizce de? Diğer taraftan bazı eski sınıf arkadaşlarınızın isimlerini unutmuş olabilirsiniz. Beyninizde öğrenmeye ve hatırlamaya nelerin sebep olduğunu merak ettiniz mi hiç? İşte bizim çalışma konumuz bu.

Birşeyler öğrendiğinizde beyninizde nelerin değiştiğini ve bu öğrendiklerinizin zaman içinde hafızayı oluşturmasını anlamaya çalışıyoruz. Bazı şeylerin neden diğerlerinden daha kolay hatırlandığını anlamamıza yardımcı olan şeylerden birisi de öğrenmenin tek bir süreçten oluşmadığını bilmemiz oldu. Beyinde tek bir öğrenme mekanizması yok. Aksine farklı beyin bölgelerine bağlı, farklı öğrenme çeşitleri mevcut.

Hipokampüs yaşadığınız olayları hatırlamanızı sağlar. Birinin adını ya da kahvaltıda ne yediğinizi hatırlamanız bu bölgeyle alakalıdır. Amigdala ise, duygusal hafızayı oluşturur. Küçükken bir köpek tarafından ısırılmış olduğunuza dair hipokampüs kaynaklı bir anınızı unutmuş bile olsanız, köpeklerden korkuyor olabilirsiniz. Yani bu hafıza sistemleri birbirlerinden oldukça bağımsızdır. Basal ganglia alışkanlık hafızanızla ilgili bölgedir. Bu da başka bir şey düşünürken dişlerinizi fırçalamanıza  ya da arabayla işe gidebilmenize sebep olan bölümdür.

Serebral korteks algısal öğrenmeyi sağlar. Görme gibi basit işlevler bile deneyime ve öğrenmeye bağlıdır. Ve bu aşağıdaki yapı ise serebellum.Bu bölüm motor öğrenmeyi sağlar. Beceriyle alakalı davranışlarınızı edindiğiniz bir süreçtir. Bu beyin yapılarından herhangi birinin içine doğru ilerlersek, aslında her birinin aynı temel yapıdan oluştuğunu görürüz. Nöronlar sinir sisteminin hücreleridir ve sinapslar ise nöronlar arasında sinyal alış verişini sağlayan bağlantılardır. Ama kablolardan farklı olarak sinaplar statik değildir ve deneyimlere bağlı olarak değişir. Sinapslarınızda elektriksel ve kimyasal olarak bilgi akışı sağlayan sinyaller, uzun süreli değişikliğe neden olabilirler.

Bir taraftan, beynin tamamında işlevsel düzeyde öğrenme ve hafızanın nasıl oluştuğunu biliyoruz. Diğer taraftan da, hücre ve sinapslarla hücresel düzeyde oluşumu hakkında çok şey biliyoruz. Laboratuarımda ele alınan bir başka ilgi çekici konu ise, birbirinden çok farklı bu organizasyon düzeyleri arasındaki boşlukta bir köprü oluşturmaya çalışmak ve nöral devre düzleminde öğrenmenin nasıl olduğunu anlamak. Çünkü bir kişi ve adını kodlayabilmek için hipokampüsteki sinaps değişimlerine sebep olan devre düzlemindeki organizasyondur. Ama serebellumdaki sinaps değişimleri teniste daha iyi olmanıza neden olur.

Bu orta seviye devrede birçok mucize gerçekleşir. Tabi ki orta seviye organizasyon sadece beyin için değil, bir çok şeyin işleyişinde önem sahibidir. Örneğin bir arabanın nasıl çalıştığını anlamak isterseniz, onu tamir edebilirsiniz; oto yedek
parçacısına gidip bujilere, kayışlara ve de contalara bakabilirsiniz. Ayrıca bir şoför olarak deneyimlerinize dayanarak da arabayı hareket ettiren bir güç sistemi, yönünü değiştiren direksiyon sistemi ve de bir fren sistemi olduğunu bilirsiniz.

Ama bu yeterli değildir, öyle değil mi? Eğer arabanızı tamir etmek istiyorsanız, bilmeniz gereken şey, arabanın gitmesini sağlayan motorun çalışmasında tüm bu parçaların nasıl bir etkileşim içinde olduklarıdır. Tüm parçaların, arabanızın yönünü tayin eden direksiyon sistemiyle nasıl uyum içinde olduğu da önemlidir. Arabanızı tamir etmek isterseniz gerekli olan orta seviye organizasyon budur. Tabiki araba söz konusu olduğunda parçaların nasıl bir arada çalıştığını gösteren mühendis çizimleri, oto mekanik tamir el kitapçıkları vardır. Ama beyin için böyle şeyler yok. Laboratuarımızda yapmaya çalıştığımız işte budur. Çünkü beyni tedavi etmek istiyorsak ihtiyacımız olan şey budur. Elbette ki istiyoruz.

Her 20 çocuktan 1 tanesinde öğrenme güçlüğü vardır. 70 yaş üstünde her 7 insandan 1′inde ve 85 yaş üzerindeki insanların yarısında ya alzeimer hastalığı ya da buna benzer bunama görülmektedir. Bu noktadaki tedavi yöntemleri istediğimiz kadar etkili değiller. Çoğunlukla ilaçla tedavi uygulanmaktadır. Pek çok ilacın her bir nöron veya sinaps seviyesinde nasıl etki gösterdiği üzerine az çok fikrimiz var ama bu seviyenin bir sonraki seviyeyi, nöral devreyi nasıl etkilediği ve bilgiyi işleme ve saklama  yeterliği hakkında çok şey bilmiyoruz.

Dolayısıyla ilaçlar bazen işe yararken bazen de yaramazlar ve biz de bunun nedenini genellikle bilemeyiz. Beyni daha net kontrol etmemizi sağlayan, ilaçla yapılması mümkün olmayan çok yeni ve heyecan verici teknolojiler geliştiriliyor. Fakat yarın birisi çıkıp, doktorlara nöronları ve sinapsları son derece net, güvenli bir şekilde kontrol etmelerini sağlayacak sihirli yeni bir teknolojiyi çok ucuza sunsa bile, doktorlar yinede öğrenme güçlüğü çeken çocukların okul performanslarını arttıramayacaklardır.

Yaşlılardaki bilişsel eksikliği ve hafıza kaybını engelleyemeyecekler çünkü bu noktada öğrenme ile ilgili devredeki hangi nöron ve sinapsların tedavi edilmesi gerektiğini anlayamıyoruz. Bu yüzden doktorlara bu sihirli aracı sunmak benden tamir kitapçığı olmaksızın, anahtar vererek arabanızı tamir etmemi istemeniz gibi birşey olacaktır. Evet, şansım varsa arabanızda değişiklikler yapabilirim ama bu benim arabam ya da beynim olsa ayrıntılı tamir kitapçığım olsun isterdim.

İşte laboratuarda yapmaya çalıştığımız şey bu. Öğrenmeyi ve hafızayı destekleyen devrelerdeki nöron ve sinapsların nasıl bir işbirliği içinde olduğunu anlamaya çalışıyoruz. Peki nöral devreler hakkında neler biliyoruz? Bir devrenin görevi hesaplama yapmaktır: Girdileri( input) alıp, çıktı (output) üretmektir. İnput’un output’a dönüşümü, nöronlar ve nöral devreler arasındaki  çok hassas sinaptik bağlantılar yoluyla şekillenmektedir. Bilginin beyinde işlenmesi böyle olmaktadır.

Bir nöral devrede oluşan her bir sinaptik sinyal ile bilgi işlenir, dönüşür ve karar vermek üzere kullanılır. Örneğin, arabayla giderken, sarı ışık görüyorsunuz. Bu input, beyninizde görsel alanlardaki nöronlarınızı aktive edecek ve bu aktivasyon sonrası sinapslarla bağlı oldukları nöronlara sinyaller göndereceklerdir. Bir nöronun binlerce nöronla bağlantısı vardır. Eğer bu nöronlardan bazıları yeterince input alırlarsa aktive olurlar ve diğer nöronlara, onlar da diğer nöralara sinyal gönderir. Ta ki bir output oluşturulana kadar.Mesela ayağınızın gaz pedalına doğru hareket edene dek.

Pekçoğunuz başınızı sallıyorsunuz, aranızda bazılarınız bunu beğenmeyip kaşlarınızı çatıyorsunuz. Ama siz kaş çatanlar, hiç korkunuz olmasın çünkü nöral devrelerimizi tanımlayan sinapslar dediğim gibi statik değiller ama deneyimle değişirler.Mesela kırmızı ışıkta geçtiğiniz için ceza yerseniz bu muhtemelen beyninizde değişikliklere neden olacaktır.

Bazı sinapslar daha güçlenebilir, bazıları zayıflayabilir. Bu da, bu devrenin bir daha aktive olduğunda bilgiyi farklı işlemesine neden olacaktır. Dolayısıyla bir daha bu sarı ışığı gördüğünüzde, devrelerinizdeki outputçok farklı olacaktır ve ayağınızı fren pedalına götürebilirsiniz. Beyniniz bu basit örnekteki hesaplamaları hergün yapmaktadır.

Beynin gerçekleştirdiği tüm hesaplamaların aslında deneyimlerden ve de öğrenmeden çok fazla etkilendiğini düşünüyoruz. Laboratuarımızdaki çalışmalar,  öğrenmenin, serebellumdaki hesaplamaları nasıl etkilediği üzerine yoğunlaşmıştır. Serebellumun bazı kavramsal işlevleri bulunmaktadır ve daha önce de söylediğim gibi motor öğrenmede anahtar rolü vardır.Motor öğrenme, yapılan pratikler sonucunda hareketlerin daha doğru ve düzgün hale gelmesidir.

İlk olarak aklınıza müzisyenler, atletlet, dansçılar geliyor olabilir. Fakat küçük bir çocuğu gözlemlediğinizde pek çok hareketin öğrenilmiş olduğunu farkedersiniz. Hatta yürümek ya da birşeyi düşürmeden ona erişmek gibi çok sıradan hareketler bile sürekli tekrar ve pratik sayesinde öğrenilen davranışlardır. Bu davranışları edindikten sonra, bunları oluşturan devreler beden gelişip, büyüyüp, yaşlandıkça sürekli olarak yeniden düzenlenmeli. Aksi taktirde tekrar bir çocuğun davranışlarına dönüşebilirler. Beynin bu bölgesi hasar gördüğünde bu sonuçlar görülebilir. Evet serebellumun önemli görevleri vardır fakat bizim bu bölge üzerinde çalışmamızın esas nedeni öğrenmenin devre düzleminde nasıl oluştuğunu anlamamıza yardım edebilecek en iyi bölge olmasıdır.

Peki bunun nedeni nedir? Devre hakkında bilinmesi gereken en önemli şeylerden birisi bağlantı şemasıdır. Hangi nöronun hangileriyle bağlantıda olduğunu ve devre içindeki yollardan sinyallerin nasıl ulaştığını bilmemiz gerekir. Pekçok öğrenme olayında bu yoktur ama serebelluma bağlı öğrenme olaylarının çoğunda bu mevcuttur. Şimdi elimizdeki bu bağlantı şeması ile bir adım daha ilerleyip bir sonraki seviyenin sorusunu sorabiliyoruz:

Devre hesaplamaları nasıl yapıyor ve öğrenmenin bu hesaplama üzerindeki etkileri nelerdir? Laboratuarımızda bu süreçle ilgili 3 önemli soru sorulmaktadır. İlk olarak, bir şey öğrendiğinizde devrenin neresinde değişiklikler olmaktadır? Golfte dönüş hareketlerini çalışırken serebellumunuzdaki hangi sinapsler güçlenip hangileri zayıflamaktadır? Yeşil nöronlar ile kırmızılar mı, yoksa yeşiller ile mor renkte gösterilen nöronlar mı? Bazı sinapsler diğerlerine göre daha çok mu değişim göstermekteler? Ve de tüm değişiklikler sadece sinyalin yollandığı alanda mı gerçekleşmekte yoksa çoklu seri değişiklikler de olmakta mıdır? Araştırdığımız konular bunlar. İkinci çok önemli soru da devredeki değişikliklerin nasıl başladığıdır.

Serebellumdaki hangi nöronlar golfteki duruşunuzun doğruluğunu denetlemekte ve bu hareketi oluşturan devrenin yenilenmesi gerektiğine karar vermektedir? Hangi nöronlar hata yaptığınızı bilmektedirler? Üçüncü kritik soru da devredeki sinaptik değişikliklerin nasıl okunduğudur. Devrede oluşan bazı değişiklikler, bilgiyi işleme yolunu bir dahaki aktive oluşunda
nasıl değiştirmektedir?

Bu soruların hepsinin cevabını bilmiyoruz ama incelemelerimizden elde etttiğimiz sonuç şu ki, serebellum tüm beyin düzleminde görülenlerin çoğuyla paralellik göstermektedir. Farklı beyin bölgelerine bağlı, farklı öğrenme ve hafıza çeşitleri olduğunu biliyoruz. Yakın zamana kadar beyinde belirli tek bir öğrenme mekanizması olduğu sanılıyordu.

Dolayısıyla bu bölge ne zaman birşey öğrense hep aynı yolla öğrendiği kabul ediliyordu. Bunun aksine bizim bulgularımız, serebellumun kendi içinde çoklu öğrenme mekanizmalarını barındırdığını göstermektedir. Yani golf duruşunuzu değiştirmeniz gerekiyorsa bunu serebellum devrelerindeki farklı değişim kombinasyonlarıyla yapabilirsiniz.

Her bir egzersizin birden fazla öğrenme mekanizmasını etkinleştirebileceğini gördük.Egzersizi yapış biçimimiz deki çok küçük değişiklikler,hangi mekanizmanın çalışıp hangisinin çalışmadığını, hangi sinapsların değişip hangilerinin değişmediğini gösterir. Bundan çok önemli sonuçlar çıkmaktadır çünkü farklı öğrenme mekanizmalarının kullanılması, öğrenmenin kalıcılığı,
öğrenilen şeyin genele yayılıp yayılamayacağı gibi faktörleri etkileyecektir.

Ayrıca koşullar değiştiği taktirde öğrenme becerisini aksi yönde etkileyebileceğini de düşünüyoruz.  Tabiiki bunlar sadece golf duruşunuz için değil, aynı zamanda felç geçirmiş hastalar için rehabilitasyon stratejileri ve de çocuklar için eğitim stratejileri geliştirmek adına önemlidir. Bu süreçte golf duruşunuzu nasıl değiştirebileceğinizi bulursak, bu da bizim için artı birşey olacaktır.

Zaman ayırdığınız için teşekkürler.

Benzer Yazılar:

murat@okyanusum.com