Beyin, yakın zamanlarda oluşan birbiriyle ilişkili anıları nasıl birbirine bağlar?

Özet: Aynı güne ait anılar birbiriyle bağlantılı görünürken haftalar öncesine ait olayların nasıl ayrı göründüğünü fark ettiyseniz, yeni bir çalışma bunun nedenini ortaya koyuyor: Beynimiz, yakın zamanlarda meydana gelen anıları fiziksel olarak nöronların hücre gövdelerinde değil, dendrit adı verilen dikenli uzantılarında birbirine bağlıyor.

Fareler üzerinde yapılan çalışma, hücrelerdeki hafıza örtüşmesinin kesin konumunu izole ediyor

Ayrıntılı Açıklama

Aynı güne ait anılar birbiriyle bağlantılı görünürken haftalar öncesine ait olayların nasıl ayrı göründüğünü fark ettiyseniz, yeni bir çalışma bunun nedenini ortaya koyuyor: Beynimiz, birbirine yakın zamanlarda meydana gelen anıları fiziksel olarak nöronların hücre gövdelerinde değil, dendrit adı verilen dikenli uzantılarında birbirine bağlıyor.

Bu keşif, araştırmacıların canlı hayvanlarda tek hücre çözünürlüğünü yakalayan minyatür mikroskoplar da dahil olmak üzere gelişmiş görüntüleme teknikleri kullanarak hafıza oluşumunu gözlemledikleri farelerdeki çalışmalardan kaynaklanmaktadır.


Çalışma, anıların dendritik bölmelerde depolandığını gösteriyor: Bir anı oluştuğunda, etkilenen dendritler önümüzdeki birkaç saat içinde gelen yeni bilgileri yakalamaya hazır hale geliyor ve yakın zamanda oluşan anıları birbirine bağlıyor.


Ohio Eyalet Üniversitesi'nde psikoloji profesörü olan başyazar Megha Sehgal, "Bir nöronu bilgisayar olarak düşünürseniz, dendritler de içindeki her biri kendi hesaplamalarını yapan küçük bilgisayarlar gibidir" dedi ve ekledi: "Bu keşif, beynimizin aynı dendritik konuma yakın zamanda gelen bilgileri birbirine bağlayabildiğini gösteriyor ve anıların nasıl organize edildiğine dair anlayışımızı genişletiyor."


Araştırma geçtiğimiz günlerde Nature Neuroscience dergisinde yayımlandı.


Öğrenme ve hafıza çalışmalarının çoğu beyinde tek bir hafızanın nasıl oluştuğuna odaklanmış olsa da, Sehgal'in laboratuvarı birden fazla hafızayı nasıl organize ettiğimizi belirlemeyi amaçlıyor.


"Buradaki fikir, anıları izole bir şekilde oluşturmadığımızdır. Tek bir anı oluşturmazsınız. Bu anıyı kullanırsınız, bir anı çerçevesi oluşturursunuz ve daha sonra uyarlanabilir kararlar vermeniz gerektiğinde bu çerçeveden çekersiniz" dedi.


Temel beyin hücreleri olan nöronların bilgiyi kodladığı ve aktardığı bilinmektedir. Nöronlardan uzanan dal benzeri çıkıntılar olan dendritler, gelen bilgiyi alıp nöronal hücre gövdesine ileterek bilginin nasıl işlendiğinde kritik bir rol oynar.


Ancak dendritler sadece pasif kanallar değildir - her dendritik dal bağımsız bir hesaplama birimi olarak hareket edebilir. Sehgal, dendritlerin beynin işlevinde önemli bir rol oynadığı düşünülürken, öğrenme ve hafızayı nasıl şekillendirdiklerinin şimdiye kadar belirsiz olduğunu söyledi.


Ekip, fareler deneylerde kısa bir süre içinde iki farklı ortama maruz bırakıldığında, bu alanlara ilişkin anıların bağlantılı hale geldiğini buldu. Fareler bu alanlardan birinde hafif bir şok alırsa, hayvanlar her iki ortamda da korkudan donup kalıyor ve bir odadaki şoku diğeriyle ilişkilendiriyorlardı.


Çalışma, mekansal ve bağlamsal hafıza için çok önemli bir beyin bölgesi olan retrosplenial kortekse (RSC) odaklandı. Araştırmacılar, bağlantılı anıların sürekli olarak aynı RSC nöron gruplarını ve bunların dendritik dallarını meşgul ettiğini gözlemledi.


Ekip, nöronların iletişim kurduğu dendritler üzerindeki küçük çıkıntılar olan dendritik dikenleri görselleştirerek bu değişiklikleri dendritik düzeyde izledi. Yeni anıların oluşumu, nöronlar arasındaki iletişimi güçlendirmek ve öğrenmeyi kolaylaştırmak için kritik bir süreç olan kümelenmiş dendritik dikenlerin eklenmesini tetikledi.


İlk anıdan sonra oluşan dendritik omurga kümelerinin, yakın zamanlı ikinci bir anı sırasında yeni dikenleri çekme olasılığı daha yüksekti ve bu deneyimleri beyinde fiziksel olarak birbirine bağlıyordu.


Dendritlerin anıları birbirine bağlamadaki rolünü doğrulamak için ekip, araştırmacıların nöronları ışıkla kontrol etmelerini sağlayan bir teknik olan optogenetiği kullandı. Bellek oluşumu sırasında aktif olan belirli dendritik segmentleri yeniden etkinleştirerek, başka türlü ilgisiz anıları birbirine bağlayabildiler ve bellek ağlarını şekillendirmede dendritik değişikliklerin önemini daha da gösterdiler.


Sehgal, bulguların dendritlerin anıları birbirine bağlamada daha önce bilinmeyen bir rolünü aydınlatmanın yanı sıra, hafızayla ilgili bozuklukları anlamak için yeni yollar açtığını söyledi.


"Çalışmamız sadece anıların nasıl oluştuğuna dair anlayışımızı genişletmekle kalmıyor, aynı zamanda daha üst düzey bellek süreçlerini manipüle etmek için heyecan verici yeni olasılıklar da sunuyor." dedi ve ekledi: "Bunun Alzheimer hastalığı gibi bellekle ilgili durumlar için tedaviler geliştirmeye yönelik etkileri olabilir."


Sehgal, UCLA'daki Bütünleştirici Öğrenme ve Hafıza Merkezi direktörü Alcino Silva ve Yunanistan'daki Araştırma ve Teknoloji Vakfı-Hellas'ın araştırma direktörü Panayiota Poirazi ile birlikte çalışmayı yönetti.


Bu çalışma Ulusal Ruh Sağlığı Enstitüsü, Ulusal Yaşlanma Enstitüsü, Dr. Miriam ve Sheldon G. Adelson Tıbbi Araştırma Vakfı, Avrupa Komisyonu, Ulusal Sağlık Enstitüleri ve Berlin Einstein Vakfı tarafından desteklenmiştir.

Kaynak: Ohio State University