Beyinde duyularımızı körelten bir ‘düşük güç modu’ var

Telefonlarımız ve bilgisayarlarımızın şarjı bittiğinde, parlayan ekranları kararıyor ve bir nevi dijital ölüm yaşıyorlar. Ancak enerji tasarrufu için düşük güç moduna geçtiklerinde, pilleri yeniden şarj olana kadar temel işlemlerin sorunsuz bir şekilde devam etmesini sağlamak için gereksiz işlemleri kesiyorlar.

Enerji yoğun beynimizin de ışıklarını açık tutması gerekiyor. Beyin hücreleri öncelikle glikoz şekerinin sürekli akışına bağımlıdır, çünkü glikozdan enerji için kullandıkları ATP’yi (adenozin trifosfat) elde ederler. Biraz acıktığımızda, beynimiz genellikle enerji tüketimini fazla değiştirmez. Ancak insanların ve diğer hayvanların tarihsel olarak, bazen mevsimsel olarak, uzun süreli açlık tehdidiyle karşı karşıya kaldığı göz önüne alındığında, beyinlerin de acil durumlar için kendi düşük güç moduna sahip olup olmadığı merak konusudur.

Edinburgh Üniversitesi’nde Nathalie Rochefort’un laboratuvarındaki sinirbilimciler, Ocak ayında Neuron dergisinde yayınlanan bir makalede, farelerin görsel sistemlerinde enerji tasarrufu sağlayan bir stratejiyi ortaya çıkardılar. Fareler haftalarca yeterli besin almadan bırakıldığında (bu süre, sağlıklı kilolarının %15-20’sini kaybetmelerine yetecek kadar uzundur), beyin kabuğunun görmeyle ilgili bölgesindeki (görsel korteksteki) nöronların sinapslarında kullanılan ATP miktarını %29 oranında azalttığını buldular. Ancak, bu yeni işleme biçiminin algı açısından bir bedeli vardı: Farelerin dünyanın ayrıntılarını görme biçimini bozuyordu. Düşük güç modundaki nöronlar görsel sinyalleri daha az duyarlı bir şekilde işlediği için, yiyecek kısıtlaması uygulanan fareler zorlu bir görsel görevde daha kötü performans gösterdiler.

Yeni çalışmanın ilk yazarı Zahid Padamsey, “Bu düşük güç modunda, dünyanın düşük çözünürlüklü bir görüntüsünü elde edersiniz” diyor. Bu çalışma, yetersiz beslenmenin veya hatta bazı diyet biçimlerinin insanların dünya algılarını nasıl etkileyebileceğini anlamak açısından önemli sonuçlar doğurabilir. Ayrıca, sinirbilim çalışmalarında hayvanları motive etmek için yaygın olarak kullanılan gıda kısıtlaması ve araştırmacıların algı ve davranış konusundaki anlayışının, nöronların optimal olmayan, düşük güç durumundaki çalışmalarıyla bozulmuş olma olasılığı hakkında soruları da gündeme getiriyor.

Daha Az Besin, Daha Az Kesinlik

Eğer açken bir işe odaklanamadığınızı veya aklınızın sadece yemekle meşgul olduğunu hissettiyseniz, sinirsel kanıtlar sizi destekliyor. Birkaç yıl önce yapılan bir çalışma, kısa süreli açlığın sinirsel işlemeyi değiştirebileceğini ve dikkatimizi, yiyeceği daha hızlı bulmamıza yardımcı olabilecek şekilde yönlendirebileceğini doğruladı.

2016 yılında, Michigan Üniversitesi’nde sinirbilimci olan Christian Burgess ve meslektaşları, farelerin yiyecekle ilişkilendirdikleri bir görüntüyü gördüklerinde, görsel kortekslerinin bir bölgesinde aç olduklarında daha fazla nöronal aktivite olduğunu; yedikten sonra ise bu aktivitenin azaldığını buldular. Benzer şekilde, insanlar üzerinde yapılan görüntüleme çalışmaları, yiyecek resimlerinin, denekler açken bazı beyin bölgelerinde, yedikten sonraki duruma kıyasla daha güçlü tepkiler uyandırdığını ortaya koymuştu.

Burgess, “Aç olsanız da olmasanız da, retinanıza çarpan fotonlar aynıdır” diyor. “Ancak, beyninizdeki temsil çok farklıdır, çünkü vücudunuzun ihtiyaç duyduğunuzu bildiği bir hedefiniz vardır ve dikkati bu hedefi tatmin etmenize yardımcı olacak şekilde yönlendirir.”

Peki, birkaç saatten fazla süren açlıktan sonra ne olur? Araştırmacılar, beynin en enerji yoğun süreçlerini azaltarak enerji tasarrufu yapabileceğini fark ettiler. Buna dair ilk somut kanıt 2013 yılında sineklerin minik beyinlerinden geldi. Fransız Ulusal Bilimsel Araştırma Merkezi ve ESPCI Paris’ten Pierre-Yves Plaçais ve Thomas Preat sinekler aç kaldığında, enerji açısından maliyetli olan uzun süreli bir bellek türü oluşturmak için gereken bir beyin yolunun kapandığını keşfettiler. Bu yolu aktive etmeye ve anı oluşturmaya zorladıklarında, aç sinekler çok daha hızlı öldüler; bu da bu sürecin kapatılmasının enerjiyi koruduğunu ve yaşamlarını kurtardığını gösteriyor.

Ancak, memelilerin çok daha büyük, bilişsel olarak gelişmiş beyinlerinin benzer bir şey yapıp yapmadığı bilinmiyordu. Ayrıca, hayvanlar aç kalmadan önce herhangi bir enerji tasarrufu modunun devreye girip girmeyeceği de net değildi. Bunun olmayabileceğini düşünmek için nedenler vardı: Sinirsel işlem için kullanılan enerji çok erken kesilirse, hayvanın yiyecek bulma ve tanıma yeteneği tehlikeye girebilirdi.

Yeni çalışma, uzun süre boyunca yiyecek kıtlığı yaşandığında, ancak tamamen yok olmadığında, beynin enerji tasarrufu sağlamak için nasıl adapte olduğuna dair ilk bakışı sunuyor. Araştırmacılar, üç haftalık bir süre boyunca, bir grup farenin vücut ağırlıklarının %15’ini kaybedene kadar, onlara verilen yiyecek miktarını kısıtladılar. Fareler aç kalmıyordu: Aslında, araştırmacılar, Burgess ve diğer araştırma gruplarının gözlemlediği kısa süreli açlığa bağlı nöral değişiklikleri önlemek için deneylerden hemen önce fareleri beslediler. Ancak fareler aynı zamanda ihtiyaç duydukları kadar enerji de alamıyorlardı.

Ardından araştırmacılar, farelerin nöronları arasındaki iletişimi dinlemeye başladılar. Fareler farklı açılarda yönlendirilmiş siyah çubukların görüntülerini izlediğinde, görsel korteksteki birkaç nöron tarafından gönderilen voltaj dikenlerinin (nöronların iletişim kurmak için kullandığı elektriksel sinyallerin) sayısını ölçtüler. Birincil görsel korteksteki nöronlar, tercih edilen yönelimlere sahip çizgilere yanıt verir. Örneğin, bir nöronun tercih edilen yönelimi 90 derece ise, görsel bir uyaranın 90 dereceye yakın veya 90 derece açıyla yerleştirilmiş elemanları olduğunda daha sık dikenler gönderir, ancak açı çok daha büyük veya küçük olduğunda oran önemli ölçüde düşer.

Nöronlar, iç voltajları kritik bir eşiğe ulaşana kadar bir sinyal gönderemezler; bu eşiği de hücreye pozitif yüklü sodyum iyonları pompalayarak elde ederler. Ancak sinyalden sonra, nöronlar tüm sodyum iyonlarını tekrar dışarı pompalamak zorundadırlar. 2001 yılında sinirbilimciler bu görevin beyinde en fazla enerji gerektiren süreçlerden biri olduğunu keşfettiler. Yazarlar, enerji tasarrufu sağlayan mekanizmaların kanıtlarını bulmak için bu maliyetli süreci incelediler ve doğru yerin burası olduğu ortaya çıktı. Aç bırakılmış farelerdeki nöronlar, zarlarından geçen elektriksel akımları ve içeri giren sodyum iyonlarının sayısını azalttılar, böylece sinyalden sonra sodyum iyonlarını tekrar dışarı pompalamak için daha az enerji harcamak zorunda kaldılar. Daha az sodyumun içeri girmesinin daha az sinyalle sonuçlanması beklenebilir, ancak aç bırakılmış fareler, iyi beslenmiş farelerle benzer bir sinyal oranını görsel kortikal nöronlarında korudular. Bu nedenle araştırmacılar, sinyal oranını koruyan telafi edici süreçleri aramaya başladılar. İki değişiklik buldular ve her ikisi de bir nöronun sinyal üretmesini kolaylaştırıyordu. İlk olarak, nöronlar giriş dirençlerini artırdılar, bu da sinapslarındaki akımları azalttı. Ayrıca, dinlenme zar potansiyellerini de yükselttiler, böylece sinyal göndermek için gereken eşiğe zaten yakın bir değere ulaştı.

Seattle’daki Allen Beyin Bilimi Enstitüsü’nde hesaplamalı sinirbilimci olan Anton Arkhipov, “Beyinlerin ateşleme hızlarını korumak için büyük çaba sarf ettiği görülüyor” diyor. “Ve bu bize bu ateşleme hızlarını korumanın ne kadar önemli olduğu konusunda önemli bir şey söylüyor.” Sonuçta, beyinler daha az sinyal göndererek de enerji tasarrufu sağlayabilir.

Ancak sinyal hızını aynı tutmak, başka bir şeyden fedakarlık etmek anlamına geliyor: Farelerdeki görsel kortikal nöronlar, onları ateşlemeye neden olan çizgi yönelimleri konusunda o kadar seçici olamadılar, bu nedenle tepkileri daha az hassas hale geldi.

Düşük Çözünürlüklü Görüş

Araştırmacılar, nöronların duyarlılığındaki azalmanın görsel algıyı etkileyip etkilemediğini kontrol etmek için fareleri, her biri beyaz bir arka plan üzerinde farklı açılarda siyah çubukların görüntüleriyle işaretlenmiş iki koridora sahip bir su altı odasına yerleştirdiler. Koridorlardan birinde, farelerin sudan çıkmak için kullanabileceği gizli bir platform vardı. Fareler, gizli platformu belirli bir açıda çubukların görüntüsüyle ilişkilendirmeyi öğrendiler, ancak araştırmacılar, resimdeki açıları daha benzer hale getirerek doğru koridoru seçmeyi zorlaştırabiliyorlardı.

Yiyecekten yoksun bırakılmış fareler, doğru ve yanlış görüntüler arasındaki fark büyük olduğunda platformu kolayca buldular. Ancak resimdeki açılar arasındaki fark 10 dereceden az olduğunda, yiyecekten yoksun bırakılmış fareler aniden iyi beslenmiş fareler kadar doğru bir şekilde ayırt edemez hale geldiler. Enerji tasarrufunun sonucu, dünyanın biraz daha düşük çözünürlüklü bir görünümü oldu.

Sonuçlar, beyinlerin hayatta kalmak için en kritik olan işlevlere öncelik verdiğini göstermektedir. Çubukların yönündeki 10 derecelik bir farkı görebilmek, yakındaki meyveleri bulmak veya yaklaşan bir yırtıcıyı fark etmek için muhtemelen şart değildir. Bu algı bozukluklarının hayvan gerçek açlığa girmeden çok önce meydana gelmesi beklenmedikti. Duke Üniversitesi’nde görme üzerine çalışan bir nörobilimci olan Lindsey Glickfeld, “Bu benim için kesinlikle şaşırtıcıydı” dedi. “Bir şekilde [görme] sistemi, hayvanın algısal görevi yapma yeteneğindeki bu nispeten ince değişiklikle enerji kullanımını büyük ölçüde azaltmanın bir yolunu bulmuş.”

Şimdilik, çalışma bize sadece memelilerin görsel kortikal nöronlarda bir enerji tasarrufu mekanizmasını devreye sokabildiklerini kesin olarak söylüyor. Rochefort, “Gösterdiğimiz şeyin örneğin koku alma duyuları için geçerli olmaması hala mümkün” dedi. Ancak o ve meslektaşları, bunun diğer kortikal alanlarda da farklı derecelerde meydana gelmesinin muhtemel olduğunu düşünüyorlar.

Diğer araştırmacılar da aynı fikirde. Pennsylvania Üniversitesi’nde işitsel işleme üzerine çalışan bir nörobilimci olan Maria Geffen, “Genel olarak, nöronlar kortikal alanlarda çok benzer şekilde işlev görüyor” diyor. Enerji tasarrufunun algı üzerindeki etkilerinin tüm duyular için aynı olmasını, organizma için o anda en faydalı olan aktiviteyi artırmayı ve diğer her şeyi azaltmayı bekliyor.

Geffen, “Çoğu zaman duyularımızı sınırlarına kadar kullanmıyoruz” diyor. “Davranışsal taleplere bağlı olarak, beyin sürekli olarak kendini ayarlıyor.”

Neyse ki, ortaya çıkan herhangi bir bulanıklık kalıcı değil. Araştırmacılar, vücudun enerji dengesini ve açlık seviyelerini düzenlemek için kullandığı leptin hormonunu farelere verdiklerinde, düşük güç modunu açıp kapatan anahtarı buldular. Nöronlar, tercih ettikleri yönelimlere yüksek hassasiyetle yanıt vermeye geri döndüler ve işte böylece, algısal eksiklikler ortadan kalktı – üstelik fareler tek bir lokma yiyecek bile yemeden.

Rochefort, “Leptin verdiğimizde, beyni kortikal fonksiyonu geri kazandıracak noktaya kadar kandırabiliyoruz” diyor.

Leptin yağ hücreleri tarafından salındığı için, bilim insanları kandaki varlığının, hayvanın bol miktarda yiyeceğin olduğu ve enerji tasarrufuna gerek olmadığı bir ortamda olduğunu beyne işaret ettiğine inanıyorlar. Yeni çalışma, düşük leptin seviyelerinin beyni vücudun yetersiz beslenme durumuna karşı uyardığını ve beyni düşük güç moduna geçirdiğini öne sürüyor.

Londra’daki Francis Crick Enstitüsü’nde sinirbilimci olan Julia Harris “Bu sonuçlar alışılmadık derecede tatmin edici” diyor. “Mevcut anlayışla bu kadar uyumlu, bu kadar güzel bir bulgu elde etmek pek sık görülen bir şey değil.”

Sinirbilimi Çarpıtmak

Yeni bulguların önemli bir sonucu, beyinlerin ve nöronların nasıl çalıştığına dair bildiklerimizin çoğunun, araştırmacıların farkında olmadan düşük güç moduna aldıkları beyinlerden öğrenilmiş olabileceği gerçeğidir. Fareler ve diğer deney hayvanlarına, sinirbilim çalışmaları öncesinde ve sırasında haftalarca yiyecek verilmesini kısıtlamak, onları yiyecek ödülü karşılığında görevleri yerine getirmeye motive etmek için son derece yaygın bir uygulamadır. (Aksi takdirde, hayvanlar genellikle sadece oturmayı tercih ederler.)

Rochefort, “Gerçekten derin bir etki, yiyecek kısıtlamasının beyin fonksiyonunu etkilediğini açıkça göstermesidir” diyor. Gözlemlenen yüklü iyon akışındaki değişikliklerin, sinapslarda meydana gelen belirli değişikliklere bağlı oldukları için, öğrenme ve bellek süreçleri için özellikle önemli olabileceğini öne sürüyor.

Glickfeld, “Bir hayvanın algısının veya nöronların duyarlılığı hakkında sorular sormak istiyorsak, deneyleri nasıl tasarladığımızı ve deneyleri nasıl yorumladığımızı çok dikkatli düşünmeliyiz” diyor.

Sonuçlar ayrıca, diğer fizyolojik durumların ve hormon sinyallerinin beyni nasıl etkileyebileceği ve kan dolaşımındaki farklı hormon seviyelerinin bireylerin dünyayı biraz farklı görmesine neden olup olamayacağı konusunda yepyeni sorular ortaya çıkarıyor.

Kopenhag Üniversitesi’nde sinirbilimci olan Rune Nguyen Rasmussen, insanların leptin ve genel metabolik profillerinde farklılık gösterdiğini belirtti. “Bu, görsel algımızın bile -farkında olmasak da- insanlar arasında gerçekten farklı olduğu anlamına mı geliyor?” diye soruyor.

Rasmussen, sorunun kışkırtıcı olduğunu ve yanıta dair çok az somut ipucu verdiğini belirtiyor. Farelerin bilinçli görsel algılarının gıda yoksunluğundan etkilenmesi muhtemel görünüyor, çünkü bu algıların nöronal temsillerinde ve hayvanların davranışlarında değişiklikler meydana gelmekte. Ancak kesin olarak bilemeyiz, “çünkü bu, hayvanların bize niteliksel görsel deneyimlerini tarif edebilmelerini gerektirir ve açıkçası bunu yapamazlar” diyor.

Ancak şu ana kadar, farelerdeki görsel kortikal nöronların uyguladığı düşük güç modunun ve bunun algı üzerindeki etkisinin insanlarda ve diğer memelilerde de aynı olmayacağını düşündürecek herhangi bir neden de yok.

Glickfeld, “Bunların nöronlar için gerçekten temel mekanizmalar olduğunu düşünüyorum” diyor.

Dipnotlar:

1. https://discovery-brain-sciences.ed.ac.uk/our-staff/research-groups/nathalie-rochefort
2. Padamsey, Zahid et al. (2022). Neocortex saves energy by reducing coding precision during food scarcity. Neuron, Volume 110, Issue 2, 280 – 296.e10.
3. https://discovery-brain-sciences.ed.ac.uk/our-staff/postdoc-researchers/zahid-padamsey
4. https://www.bio.espci.fr/-Thomas-Preat-Pierre-Yves-Placais-Energy-Memory-
5. Attwell D, Laughlin SB. An Energy Budget for Signaling in the Grey Matter of the Brain. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 2001;21(10):1133-1145. 
6. https://alleninstitute.org/person/anton-arkhipov/
7. https://www.neuro.duke.edu/research/faculty-labs/glickfeld-lab
8. https://www.med.upenn.edu/apps/faculty/index.php/g329/p8404062
9. https://www.crick.ac.uk/research/find-a-researcher/julia-harris

Kaynak: Allison Whitten. June 14, 2022. The Brain Has a ‘Low-Power Mode’ That Blunts Our Senses. https://www.quantamagazine.org/the-brain-has-a-low-power-mode-that-blunts-our-senses-20220614/

Çocuk İstismarı Beyinde ve DNA’da Kalıcı Biyolojik Yaralar Bırakıyor

Çocuğa yönelik istismar (abuse) ve ihmal (neglect) gibi kötü muameleler (maltreatment)  dünya çapında en ciddi halk sağlığı sorunlarından biridir. Araştırmacılar adli otopsi vakaları, koruyucu müdahale gören küçük çocuklar ve ergenler ile beyin MRI taramaları yapılan ergenlerden oluşan üç farklı grupta DNA’nın üzerinde metilasyon yoluyla gen etkinliğini düzenleyen kimyasal düğmeler/anahtarlar (switch) olan epigenomu ayrıntılı biçimde incelediler ve kötü muameleyle bağlantılı başlıca dört metilasyon bölgesi belirlediler: ATE1, SERPINB9P1, CHST11 ve FOXP1.

Metilasyon bölgeleri genetik düzenlemede anahtar rol oynarlar, çünkü alttaki DNA dizilimini değiştirmeden gen ifadesini düzenleyebilirler. Belirlenen dört metilasyon bölgesinden FOXP1 ana anahtar olarak davranmaktadır.

FOXP1’deki değişiklikler özellikle önemli, çünkü beynin duygu ve bellekle bağlantılı bölgelerinde gri madde azalmasıyla bağıntılıdır. Araştırmacılar FOXP1’in hipermetliasyonunun (fazla metillenmesinin) gri madde hacminde (duygusal düzenleme, anıların geri alınması ve toplumsal bilişten sorumlu olan orbirofrontal korteks (OFK), singulat girus ve oksipital fuziform girus’ta) değişikliklerle bağlantılı olduğunu buldular. Bu tespit hayatın ilk yıllarındaki travma, beyin gelişimi ve gelecekteki ruhsal sağlık sorunları arasındaki ilişkiyi göstermektedir.

Araştırmacılar ayrıca bir metilasyon risk puanı (methylation risk score: MRS) da oluşturdular. Bu skorun kötü muamele öyküsü olan ve olmayan bireyleri birbirinden ayırt edebileceği öngörülmektedir.

Kaynak: Child Abuse Leaves Lasting Biological Scars on the Brain and DNA. https://neurosciencenews.com/child-abuse-epigenetics-brain-29822/ 16 Ekim, 2025.

Bir Hücre Ne Hatırlayabilir?

Küçük ama istekli bir grup sinirbilimci, zamanında görmezden gelinmiş olan deneyleri gün yüzüne çıkarıp hücrelerin geçmiş deneyimleri kaydedip kaydetmediğini araştırmak için yeni deneyler gerçekleştiriyor. Belleğin ne olduğuna dair en dipten bir meydan okuma…

1983’te, seksenlik genetikçi Barbara McClintock¹, Stockholm’deki Karolinska Enstitüsü’nün kürsüsünde duruyordu. İnsan içine çıkmaktan hoşlanmamasıyla ünlüydü; kendisine münzevi denebilirdi, fakat insanların Nobel Ödülü aldıklarında konuşmaları adettendir, bu yüzden duraksayarak 1950’lerin başında DNA dizilerinin genomda nasıl yer değiştirebildiğini keşfetmesine yol açan deneyleri anlattı. Konuşmasının sonuna doğru, tel çerçeveli gözlüklerinin ardından gözlerini kırpıştırarak konuyu değiştirdi ve sordu: “Bir hücre kendisi hakkında ne bilir?”

McClintock tuhaflığıyla ünlüydü. Yine de, sorusu bir bitki genetikçisinden çok, bir filozoftan gelmiş gibi görünüyordu. Bitki hücrelerinin ‘düşünceli bir şekilde’ tepki verdiğini gördüğü laboratuvar deneylerini anlatmaya devam etti. Bitki hücreleri beklenmedik bir stresle karşı karşıya kaldıklarında, ortama epey iyi uyum sağladıkları görünüyordu. “Şu anki kavrayışımızın ötesinde” bir şeydi bu… Bir hücre kendisi hakkında ne bilir? McClintock bunu bulmanın geleceğin biyologlarının işi olduğunu söylüyordu.

Geçen yılın sonlarında Nature Communications‘da yayınlanan kışkırtıcı bir çalışmada², sinirbilimci Nikolay Kukushkin ve New York Üniversitesi’nden akıl hocası Thomas J. Carew, bir kapta büyüyen insan böbrek hücrelerinin, düzenli aralıklarla sunulduğunda kimyasal sinyal örüntülerini “hatırlayabildiğini” gösterdi; bu, tüm hayvanlarda yaygın olan, ancak şimdiye kadar sinir sistemi dışında görülmemiş bir bellek fenomenidir. Kukushkin, ‘anevral’ veya beyinsiz bellek biçimlerini inceleyen küçük ama hevesli bir araştırmacı grubunun parçası. Bir hücre kendisi hakkında ne bilir? Şimdiye kadar yaptıkları araştırmalar, McClintock’un sorusunun cevabının ‘düşündüğümüzden çok daha fazlası’ olabileceğini gösteriyor.

Beyinsiz Öğrenme

Sinirbilimdeki yaygın kanı, uzun zamandır bellek ve öğrenmenin beyindeki ‘sinaptik plastikliğin’ bir sonucu olduğudur. Bir deneyim sırasında aynı anda etkinleşen nöron kümeleri arasındaki bağlantılar, deneyim geçtikten sonra bile etkin olmaya devam eden ağlara dönüşerek onu bir anı olarak kalıcı hale getirir. “Birlikte ateşlenen nöronlar, birlikte bağlanır” deyişiyle ifade edilen bu olgu, neredeyse bir asırdır bellek anlayışımızı şekillendirmiştir. Ancak tek başına nöron olmayan hücreler de hatırlayıp öğrenebiliyorsa, nöron ağları hikayenin tamamı olamaz.

Evrimsel bir bakış açısından, sinir sistemi dışındaki hücrelerin hayatta kalmayı teşvik edecek şekilde deneyimlerinden etkilenmesi mantıklıdır. Harvard Üniversitesi’nde bilişsel bilimci olan Sam Gershman³, “Bellek, beynin ortaya çıkışından yüz milyonlarca yıl önce var olan sistemler de dahil olmak üzere, tüm canlı sistemler için faydalı bir şeydir” demiştir.

Hücresiz cıvık mantarlar, yiyecek ararken, nerede olduklarını hatırlatan kimyasal izler bırakırlar. Bakteriler, kimyasal değişim eğilimleri (gradyan) boyunca daha elverişli ortamlara doğru ilerlerken mevcut ve önceki koşulları karşılaştırırlar. Gershman, bu “daha eski bellek biçimlerinin” sinaptik plastistiklikte önemli ve tamamlayıcı bir rol oynayabileceği konusunda bir önseziye sahip, öyle ki, yakın zamanda tek hücreli siliyat Stentor coeruleus‘u sistematik olarak incelemek için çalışmalarına yeni bir laboratuvar ekledi.

Kirpikliler (siliyatlar), bilişsel bir bilim insanı için alışılmadık bir odak noktası gibi gelebilir, ancak bu tek hücreli canlılarda bellek çalışmaları 20. yüzyılın başlarına kadar uzanır. Zoolog Herbert Spencer Jennings, Aşağı Organizmaların Davranışı adlı kitabında, benzer bir kirpikli türü olan S. roeselii üzerinde 1906 gibi erken bir tarihte ayrıntılı deneyler yapmıştır.⁴ Dünyanın dört bir yanındaki tatlı su göletlerinde bulunan bu trompet şeklindeki hücreler, yapışkan bir ‘tutunma’ ile kendilerini bulundukları ortama sabitler ve yüzerken tüy benzeri kirpiklere çarpan besin parçacıklarını kendilerine çekerler.

Jennings, bir dizi deneyde, yakındaki bir göletten topladığı bu kirpikli tek hücrelilerden (protist) bazılarına tekrar tekrar tahriş edici kırmızı bir boya sıktı ve organizmaların nasıl tepki verdiğini gözlemledi.Önce bu bireylerin boyayı verdiği cam pipetten uzaklaştığını gördü. Eğer bu tahrişi engellemezse, protistler kirpikleriyle pipete su tükürdüler. Ve eğer bu da boyayı temizleyemezse, tutundukları yerlere keskin bir şekilde kasılarak geri döndüler: Eğil, tükür, saklan. Bu tepki dizisini belirledikten sonra Jennings, kısa bir gecikmeden sonra deneyi tekrarlayarak S. roeselii’nin belleğini test etmeye karar verdi.

Kirpikliler yaklaşık yarım dakika saklandıktan sonra tutundukları yerden çıktıklarında, boyayla tekrar karşılaştılar. Jennings, S. roeselii‘nin tüm kaçınma dizisini tekrar mı yaşayacağını, yani, organizmanın ‘geçirdiği deneyimlerle değişip değişmeyeceğini’ merak ediyordu. Başka deyişle, hücre bir şeyler öğreniyor muydu? Yanıtın “çok ilginç” olduğunu buldu. Canlı bu boyayla tekrar karşılaşınca, giriş kısmını atlayarak, hemen kasılmıştı. Son bir dizi ortaya çıkış ve kasılmanın ardından, kirpikli sonunda bıktı, kazıkları çekip yüzdü ve muhtemelen yerleşmek için daha az zararlı bir yer aradı.

Jennings döneminde tek hücreli davranışa dair baskın görüş, S. roeselii gibi organizmaların ışık, kimyasal değişim eğilimleri ve yerçekimi gibi dış etkenlere otomatik tepkiler olan ‘tropizmler’ tarafından yönlendirildiğiydi. Ancak Jennings’in çalışması, tek hücreli bir organizmanın tepkisini kısa bir süre içinde artırabileceğini gösterdi; bu da önceki deneyimleri eylemlerine dahil ettiğini, yani aslında hatırlayabildiğini gösteriyordu.

İronik bir şekilde, Stentor belleği neredeyse unutulmuştu. Jennings’in deneylerinin tekrarlanabilir olmadığı yaygın olarak kabul edildi; sonraki yüzyıl boyunca hücresel öğrenme araştırmaları rutin olarak göz ardı edilecek ve hatta uç bilim olarak kabul edilecekti. Ardından, 2010 yılında, Gershman’ın meslektaşı Jeremy Gunawardena⁵ bu konuyla ilgilenmeye başladı. Matematikçiden sistem biyologluğuna geçen ve yakın zamana kadar Harvard Tıp Fakültesi’nde görev yapan Gunawardena, kütüphane raflarını karıştırdı ve Jennings’in deneylerini tekrarlamaya yönelik tek gerçek girişimin 1960’ların sonlarında, tamamen farklı bir organizma olan Stentor coeruleus üzerinde yapıldığını keşfetti. Bu bariz eksiklikten cesaret alan Gunawardena, bir lisansüstü öğrencisini ve doktora sonrası araştırmacılarından birini, Jennings’in çalışmasını doğru organizmayla tekrarlamak için yıllarca sürecek, yalnızca geceleri ve hafta sonları yürütülecek gayrı-resmi bir özel projeye (skunkwork) katılmaya ikna etmeyi başardı. Bulguları 2019’da Current Biology dergisinde yayınlandığında⁶, Jennings haklı çıktı: S. roeselii aslında “fikrini değiştirebiliyordu”.

Gunawardena ve Gershman, hücresel öğrenme alanındaki meslektaşları için bir tartışma grubu yönetiyor. Gershman, “Bu konuda çalışan insanların evreni o kadar da büyük değil,” diyor. Aynı zamanda tarih meraklısı; makalelerinde genellikle zamanında kötülenmiş, ama bu çalışmayla itibarları iade edilen bilim insanlarının dokunaklı portreleri yer alıyor. Jennings’i rehabilite ettikten sonra, daha az bilinen Beatrice Gelber’e⁷ yöneldiler. Gelber, 1960’larda Chicago Üniversitesi’ndeki görevinden, kaplanmamış bir metal teli yiyecekle ilişkilendirmek için farklı bir tek hücreli kirpkliyi, bir paramesyumu ‘eğittiğini’ iddia ettikten⁸ sonra ayrılmıştı. Bunu Pavlov’un petri kabı gibi düşünün. Gelber’in titiz çalışması, tek hücrelilerde ilişkisel öğrenme üzerine yapılmış nadir araştırmalardan biridir. Gunawardena, Jennings gibi onun da zamanında büyük ölçüde ideolojik nedenlerle göz ardı edildiğine inanıyor; eğittiği paramecia’lar, hücrelerin öğrenemeyeceği yönündeki yaygın inanışı çürütüyordu.

Şimdi, diyor, daha iyisini biliyoruz.

Bir Hücrenin Bakış Açısı

Beyinsiz, tek hücreli organizmalarda hücre içi bir bellek mekanizması varsa, sunduğu avantajlar göz önüne alındığında, bunun bir biçimini miras almış olmamız mümkün. Bizimki de dahil olmak üzere tüm ökaryotik hücreler, evrimsel kökenlerini özgür yaşayan bir ataya dayandırır. Bu miras, her hücremizde yankılanır ve kaderimizi, protozoalar gibi canlıların tehditlerle başa çıktığı, yardım aradığı ve yaşamdan ölüme giden yolu hissettiği uçsuz bucaksız tek hücreli aleme bağlar.

Çoğumuz, böyle bir hücre için belleğin nasıl olabileceğini hayal etmek için öznel, içgözlemsel deneyimimizin dışına çıkmakta zorlanırız. Ancak moleküler biyolog olarak eğitim alan Nikolay Kukushkin⁹ için bu kolay bir adım. New York Üniversitesi Sinir Bilimi Merkezi’ndeki laboratuvarından yaptığı görüntülü görüşmede “Gerçekten de gözlerimi kapattığımda hücrenin içindeyim” diyordu.

Kukushkin, bir hücrenin tüm varoluşunun çok hücreli bir vücudun sıcak karanlığında gerçekleştiğini açıkladı. Bu bakış açısından, ‘deneyim’ diyebileceğimiz şey, zaman içinde aralıklı kimyasal örüntülerdir: besinler, tuzlar, hormonlar ve komşu hücrelerden gelen sinyal molekülleridir. Bu kimyasallar hücreyi farklı şekillerde, örneğin, moleküler veya epigenetik değişiklikleri tetikleyerek -ve farklı hızlarda- etkiler. Tüm bunlar da hücrenin yeni sinyallere tepki verme biçimini etkiler. Kukushkin, hücre düzeyinde belleğin tam da bu olduğuna inanıyor: Değişime verilen bedensel bir tepki. Ezberleyen şey ya da kişi, bellek ve hatırlama eylemi arasında bir ayrım yok. “Hücre için hepsi aynı” diyor.

Bu fikri açıklığa kavuşturmak için Kukushkin, yakın zamanda tüm hayvanlarda ortak olan ve ilk olarak 1885’te Alman psikolog Hermann Ebbinghaus tarafından tanımlanan bir bellek özelliğini bir hücrede bulmaya karar verdi. Ebbinghaus kendi kobay faresiydi: Hatırlama becerisini ölçmek için yıllarını anlamsız hecelerden oluşan listeleri ezberleyerek,  tekrar ezberleyerek geçirdi. Ezberleme seanslarını hızlandırdığında, her şeyi aynı anda çalışmak yerine hece dizilerini hatırlamanın daha kolay olduğunu keşfetti; bu, bir sınava çalışıp daha erken çalışmaya başlaması gerektiğini fark eden herkese tanıdık gelecek bir ‘aralar bırakma (spacing) etkisi’dir.

Kukushkin yakın zamanda yazdığı bir makalede¹⁰ aralar bırakmanın “birçok farklı hayvanda belleğin en sarsılmaz özelliklerinden biri olduğu kanıtlanmıştır” diye yazmıştı. İnsanlar, arılar, deniz sümüklü böcekleri ve meyve sinekleri gibi farklı yaşam formlarında görülen bu fenomen o kadar yaygındı ki, Kukushkin bunun hücrenin en derinlerine kadar ulaşıp ulaşmadığını merak etti. Bunu öğrenmek için, sinir hücresi olmayan, başka tür hücrelerin aralıklı kimyasal örüntülere ne kadar tepki verdiğini ölçmesi gerekiyordu.

Deney için bu gen, belleğin bir temsilcisiydi (proxy). Her iki hücre hattını da CRE etkinleştirildiğinde parlayan bir protein üretecek şekilde tasarlayarak, hücrelerin ne zaman bir bellek/anı oluşturduğunu ve bu belleğin/anının ne kadar süreyle devam ettiğini ölçebildiler.

Ardından, Kukushkin’in sıkıcı bir saat gibi işleyen pipetleme koreografisi olarak tanımladığı bir işlemle, hücreleri beyindeki nörotransmitter patlamalarını taklit eden hassas zamanlanmış kimyasal patlamalarına maruz bıraktılar. Kukushkin’in ekibi, hem sinir hem de böbrek hücrelerinin bu örüntüleri hassas bir şekilde ayırt edebildiğini keşfetti. Üç dakikalık sabit bir patlama, CRE’yi aktive ederek hücrelerin birkaç saat boyunca parlamasını sağladı. Ancak, 10 dakika arayla, dört kısa atımla verilen aynı miktarda kimyasal, petri kabını bir günden fazla aydınlatarak kalıcı bir iz, bir anı olduğunu gösterdi.

Kukushkin’in bulguları, sinirsel olmayan hücrelerin sayabildiğini ve örüntüleri tespit edebildiğini gösteriyor. Bunu bir nöron hızında yapamasalar da hatırlıyorlar ve aralıklı verildiğinde bir uyaranı daha uzun süre hatırlıyor gibi görünüyorlar. Bu, tüm hayvanlarda bellek oluşumunun bir özelliğidir.

Gershman, sezgisel olarak bunun mantıklı olduğunu söyledi. Hücre veya /aralar bırakma etkisini gösteren) herhangi bir canlı sistem açısından, aralıklı bilgi, oldukça tutarlı ve yavaş hareket eden bir ortamın, yani istikrarlı bir dünyanın kanıtıdır. Öte yandan, kütlesel bilgi -tek bir kimyasal madde patlaması veya gece boyunca süren bir çalışma seansı- daha kaotik bir ortamda rastlantısal bir olayı temsil edebilir. Gershman, “Dünya gerçekten hızlı değişiyorsa, öğrendiğiniz şeylerin raf ömrü daha kısa olacağı için, [daha kolay] unutmalısınız,” dedi. “Daha sonra o kadar faydalı olmayacaklar, çünkü dünya değişmiş olacak.” Bu dinamikler, bizimki kadar, hücrenin varlığıyla da ilgilidir.

Son zamanlarda kendine ‘moleküler filozof’ demeye başlayan Kukushkin, kullandığı hücre türünden bağımsız olarak bulgularının aynı olacağından oldukça emin. “Herkesin favori hücre hattının aralar bırakma etkisi gösterdiğine dair iddiaları kabul ediyorum” dedi. “Bence belleğin sürekli bir süreç olduğu, tüm bu tek hücrelerin ezberlediği, bitkilerin ezberlediği, nöronların ve her türlü hücre tipinin aynı şekilde ezberlediği varsayılan bir varsayım olmalı. Kanıtlama yükümlülüğü, aynı olduğunu kanıtlamakta olmamalı. Kanıtlama yükümlülüğü, farklı olduğunu kanıtlamakta olmalı.”

Gershman da aynı fikirde. “Bir beyinde, [belleğin] dinamikleri, nöronların birbirlerine sinyal göndermesiyle ilgilidir: çok hücreli bir olgu” dedi. “Ama tek bir hücrede, belki de farklı zaman ölçeklerinde bir hücre içindeki moleküllerin dinamiklerinden bahsediyoruz. Farklı fiziksel mekanizmalar, tıpkı bir kalem, kurşun kalem, daktilo veya bilgisayar kullanarak mektup yazmam gibi ortak bir bilişsel sürece yol açabilir.”

Sonuçta önemli olan mektuptur, yani hatıradır.

Yapısal Önyargı

Gunawardena, bilimin hücresel ölçekte bir belleği benimsemekte tereddüt etmesinin bir nedeninin sosyolojik olduğunu söyledi. Jennings ve Gelber gibi ilk araştırmacıların bulguları, zamanlarının hakim teorileriyle örtüşmediği için belleksizdi: Jennings’in Stentor‘da belleği keşfetmesi, Gelber’in döneminde baskın olan davranışçı psikolojiye ilham veren ‘tropizmler’ dogmasına aykırıydı. Her iki görüş de, önceden programlanmış tepkiler arasında geçiş yapan biyolojik otomatlarla dolu canlı bir dünya varsayıyordu. Öğrenebilen ve uyum sağlayabilen hücreler bu tür modellerde yer almıyordu.

Şu anda Barselona’daki Pompeu Fabra Üniversitesi’nde bulunan Gunawardena, “Hepimizin ideolojileri var” diyor. “Bu, insanların dünyayla başa çıkma biçiminin doğal bir parçası. … Bilimde, bu önyargıların bilimsel toplulukları örgütlemede ve neyin uygun, neyin uygun olmayan bilim olarak kabul edildiğini belirlemede ne kadar önemli olabileceğini gerçekten küçümsedik.”

Bu aynı zamanda bir anlambilim meselesidir. Tüm önemli terminolojiler gibi, ‘bellek’ de yüklü bir terimdir, kesin değildir ve farklı disiplinler tarafından farklı şekillerde tanımlanır. Bir bilgisayar bilimcisi için farklı, bir biyolog için farklı bir anlam ifade eder; geri kalanımız içinse hiçbir şey ifade etmez. Kukushkin, “Normal bir insana belleğin ne olduğunu sorduğunuzda, bunu içgözlemsel olarak düşünür” diyor. “‘Gözlerimi kapatıp düne dönüp baktığımda, işte bellek budur’ diye düşünürler. Ama bilimde incelediğimiz şey bu değil.”

Peki bir anı, yalnızca dışsal bir davranışla ilişkilendirildiğinde, anı mıdır? Kukushkin, “Buna karar vermek keyfi bir şey gibi görünüyor” dedi. “Tarihsel olarak neden böyle karar verildiğini anlıyorum, çünkü [davranış] bir hayvanla çalışırken kolayca ölçebileceğiniz bir şeydir. Bence olan şu ki, davranış ölçülebilen bir şey olarak başladı ve sonra belleğin tanımı haline geldi.”

Davranış bize bir anının oluştuğunu söyler, ancak neden, nasıl veya nerede olduğu hakkında hiçbir şey söylemez. Dahası, ölçekle sınırlıdır. Devasa nöronlara sahip kaslı bir deniz sümüklüböceği olan Aplysia californica‘yı ele alalım. Sinirbilimciler, Aplysia üzerinde bellek deneyleri yapmayı severler, çünkü fiziksel tepkileri kolayca ölçülebilir : Dürttüğünüzde irkilir. Ve bu tepkiler, ilgili bir avuç duyusal ve motor nöronla net bir şekilde eşleşir.

Kukushkin, deniz sümüklüböceğinin sinirbilimin davranışsal önyargılarını karmaşıklaştırabileceğini söyledi. Diyelim ki kuyruğuna şok vererek savunma refleksini tetiklediniz. Ertesi gün tekrar şok verdiğinizde ve savunma refleksinin öncekinden daha güçlü olduğunu gördüğünüzde, bu, sümüklüböceğin ilk şokunu hatırladığına dair davranışsal bir kanıttır. Herhangi bir sinirbilimci bunu bir anı ile ilişkilendirirdi.

Peki ya (midesi bulananlardan özür dilerim) o deniz sümüklüböceğini parçalara ayırırsanız¹¹ ve sadece hareketsiz nöronlarını bırakırsanız? Sağlam yaratığın aksine, nöronlar geri çekilemediği için görünür bir tepki olmaz. Bellek gitti mi? Kesinlikle hayır, ancak dışarıdan bir doğrulama olmadan, belleğin davranışsal tanımı çöker. Kukushkin “Artık buna bellek demiyoruz” diyor. “Buna bellek mekanizması diyoruz, belleğin altında yatan sinaptik değişime belleğin bir benzeri diyoruz. Ama buna bellek demiyoruz ve bunun keyfi olduğunu düşünüyorum.”

Belki de belleğin tanımı, geçmişe dair daha fazla kaydı kapsayacak şekilde davranışın ötesine uzanmalıdır. Aşı bir tür bellektir. Bir yara izi, bir çocuk, bir kitap da öyle. “Bir ayak izi bırakırsanız, bu bir bellektir” diyor Gershman. Belleğin fiziksel bir olay -dünyada veya benlikte bırakılan bir iz- olarak yorumlanması, bir hücre içinde meydana gelen biyokimyasal değişiklikleri de kapsayacaktır. Gershman, “Biyolojik sistemler, bilgiyi saklayan ve kendi amaçları doğrultusunda kullanan fiziksel süreçleri harekete geçirecek şekilde evrimleşmiştir” diyor.

Peki, bir hücre kendisi hakkında ne bilir? Belki de Barbara McClintock’un sorusunun daha iyi bir versiyonu şudur: Bir hücre neyi hatırlayabilir? Hayatta kalma söz konusu olduğunda, bir hücrenin kendisi hakkında bildikleri, dünya hakkında bildikleri (ne zaman eğileceğini, ne zaman savaşacağını ve ne zaman kaçacağını belirlemek için deneyimleriyle ilgili bilgileri birleştirme biçimi) kadar önemli değildir.

Bir hücre, varlığını koruyan bilgiyi korur. Ve bir anlamda biz de öyle. Günümüzün hücresel bellek araştırmacıları geçmişten kalma terk edilmiş deneysel süreçleri yeniden gözden geçirirken, onlar da belleğin bağlamına ne borçlu olduğunu, bilimin sosyolojik ortamının hangi fikirlerin korunup hangilerinin unutulacağını nasıl belirleyebileceğini keşfediyorlar. Sanki bir alan 50 yıllık bir bellek kaybından uyanıyormuş gibi. Neyse ki, anılar geri geliyor.

Kaynak: Claire L. Evans. What can a cell remember? July 30, 2025. https://www.quantamagazine.org/what-can-a-cell-remember-20250730/ (7 Ağustos 2025’te indirildi.)

Dipnotlar

1. Barbara McClintock’un ilginç hayatı için bkz. https://en.wikipedia.org/wiki/Barbara_McClintock ↩︎
2. Kukushkin, N. V., Carney, R. E., Tabassum, T., Carew, T. J. (2024). The massed-spaced learning effect in non-neural human cells. Nature Communications 15, 9635. https://www.nature.com/articles/s41467-024-53922-x ↩︎
3. Gershman’ın yayınları için bkz. https://gershmanlab.com/pubs.html ↩︎
4. Jennings, H. S. (1906). Behavior of the lower organizms. Columbia University Press. https://archive.org/details/behavioroflowero00jenn/page/174/mode/2up ↩︎
5. Gunawardena’nın yayınları için bkz. https://vcp.upf.edu/papers.html. ↩︎
6. Dexter, J. P., Prabakaran, S., Gunawardena, J. (2019). A Complex Hierarchy of Avoidance Behaviors in a Single-Cell Eukaryote. Current Biology 24: 4323-4329.e2 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982219314319?via%3Dihub. ↩︎
7. Gershman, S. J., Balbi, P. E. M., Gallistel, C. R., Gunawardena, J. (2021). Reconsidering the evidence for learning in single cells. https://elifesciences.org/articles/61907. ↩︎
8. Gelber, B. (1952). Investigations of the behavior of Paramecium aurelia: I. Modification of behavior after training with reinforcement. Journal of Comparative and Physiological Psychology 45: 58-65. https://psycnet.apa.org/doiLanding?doi=10.1037%2Fh0063093. ↩︎
9. Kukushkin’in yayınları için bkz. https://liberalstudies.nyu.edu/about/faculty-listing/nikolay-kukushkin.html. ↩︎
10. Kukushkin, N. Humans, sea slugs, kidney cells: we all learn the same way. https://communities.springernature.com/posts/humans-sea-slugs-kidney-cells-we-all-learn-the-same-way. ↩︎
11. Chen, S., Cai, D., Pearce, K. et al. (2014). Reinstatement of long-term memory following erasure of its behavioral and synaptic expression in Aplysia. https://elifesciences.org/articles/03896. ↩︎

Bebekler anı oluşturabilirler. O halde hayatımızın en erken dönemlerini neden hatırlayamıyoruz?

20 Mart 2025’te Science’de yayımlanan bir beyin tarama çalışmasının sonuçlarına göre, 1 yaş kadar küçük bebekler bile anı oluşturabilirler. Bulgular, çocukluk unutkanlığının (infantile amnesia: hayatın ilk yıllarını hatırlayamama) anı oluşturamamaktan çok, geri çağırmadaki güçlüklerden kaynaklandığını düşündürüyor.

Bebekler Anı Oluşturabilir (Resim: Chat GPT)

Yetişkinler ne kadar uğraşırlarsa uğraşsınlar, hayatın ilk aylarındaki (ya da yıllarındaki) olayları hatırlayamazlar. Ancak, bunun nedeninin bebeğin bu tür anıların depolanmasında anahtar bir beyin bölgesi olan hipokampusunun yeterince gelişmemiş olması mı, yoksa yetişkinlerin bu anıları geri çağırma yetersizliği mi olduğu sorusu, uzun zamandır yanıtlanmamış bir sorudur.

Araştırmacılar (Yates ve ark., 2025) bu konuya ışık tutmak için bir bellek ödevi yapan 4 ay ila 2 yaş arasındaki 26 bebeğin beyinlerini fMRI kullanarak taradı ve çocuklar yeni bir yüz, nesne ya da manzara resmine bakarken, bir dakika sonra da aynı resim gösterildiğinde hipokampus etkinliğini ölçtüler. 

Bebek yeni bir resme bakarken hipokampus etkinliği ne kadar büyükse, o resim tekrar gösterildiğinde ona bakma süresi o kadar uzundu. Bebekler tanıdık şeylere bakarken daha çok zaman geçirme eğiliminde olduklarından, bu bulgu gördükleri şeyi hatırlıyor olduklarını düşündürür.

Araştırmacılar en güçlü kodlama etkinliğini hipokampusun arka bölümünde (yani, yetişkinlerde anının geri çağrılmasıyla en fazla ilişkili bölgede) gördüler. Yazarlar bunun bebeklerin kodlama kapasitesinin varlığının kanıtı olduğunu düşünüyorlar. Her ne kadar çalışmadaki tüm bebeklerde bu bulgu görülmüş olsa da, 12 aylıktan büyük olanlarda sinyallerin daha güçlü olması, hipokampusun tek tek anıları kodlama yeteneğinin bir tür gelişim yolu izlediğini gösteriyor.

Başka yazarlar da bu kadar küçük çocuklarda veri toplamanın kolay olmadığını, bu çalışmanın henüz olgunlaşmamış hipokampusun en azından bir tür epizodik bellek kodlaması yapabileceği fikrini desteklediğini düşünüyorlar.

Çalışmanın yazarları da yetişkinlerin hayatın ilk yıllarını hatırlayamamasının, anıların başlangıçtaki (bebeklikteki) depolama biçimi ile beynin anıya geri dönmeye çalışırken kullandığı geri çağırma ipuçları (ya da arama terimleri) arasındaki uyumsuzluktan kaynaklanan bir geri çağırma sorunu olduğu sonucuna varıyorlar. Bebeklerin deneyimleri, beynin gördüğü ve duyduğu şeyleri bağlama oturtup buna göre kategorize edebildiği ileriki yıllardaki deneyimlerden çok farklı olabilir, çünkü sadece emeklemekten yürümeye geçmek bile bütün dünya görüşünü değiştirir.

Sıçanlardaki çalışmalar da erken çocukluk anılarının beynimizde yıllarca kalabileceği fikrini destekliyor. Daha önceki bir çalışmada (Travaglia ve ark., 2016) sinirbilimcilerin optogenetik yöntemini kullanarak yetişkin sıçanlarda bebeklik anılarını kodlayan nöronları etkinleştirmeleri ve bu anıların hâlâ var olduğunu göstermeleri, anıların hep orada olduğunun kanıtı sayılıyor.

Özgün metin:

Simms, C. (2025). Babies do make memories – so why can’t we recall our earliest years? https://www.nature.com/articles/d41586-025-00855-0

Metinde Geçen Makaleler: 

Yates, T., Fel, J., Chol, D., Trach, J. E., Behm, J., Ellis, C. T., Turk-Browne, N. B. (2025). Hippocampal encoding of memories in human infants. Science 20 Mar 2025 Vol 387, Issue 6740 pp. 1316-1320 DOI: 10.1126/science.adt7570

Travaglia, A., Bisaz, R., Sweet, E., Blitzer, R. D., Alberini, C. M. (2016). Infantile amnesia reflects a developmental critical period for hi

Beyin Wi-Fi Sistemi

(Johnjoe McFadden. https://aeon.co/essays/does-consciousness-come-from-the-brains-electromagnetic-field‘dan çevrildi.)

Yaklaşık 2.700 yıl önce, günümüzde Türkiye sınırları içerisinde bulunan antik Sam’al şehrinde, kralın yaşlı bir hizmetkarı evinin bir köşesinde oturmuş, ruhunun doğasını düşünmektedir. Adı Katumuwa’dır. Kendisi için yapılmış, üzerinde kendi portresi oyulmuş ve eski Aramice bir yazıt bulunan bazalt bir stele bakmaktadır. Ailesine, kendisi öldüğünde, ‘bu odada bir şölen kutlamaları talimatını verir: Hadad harpatalli için bir boğa, avcıların Nik-arawas’ı için bir koç, Şamaş için bir koç, üzüm bağlarının Hadad’ı için bir koç, Kubaba için bir koç ve bu stelde bulunan ruhum için bir koç.’ Katumuwa, ölümünden sonra ruhu için dayanıklı bir taş kap inşa ettiğine inanıyordu. Bu taş, düalizmin (bilinçli zihnimizin bedenin maddesinden ayrı, maddi olmayan bir ruh veya tinde yer aldığı inancının) en eski yazılı kayıtlarından biri olabilir.

The Katamuwa Stele cast, digitally rendered by Travis Saul. Courtesy of the Oriental Institute of the University of Chicago.

2 bin yıldan fazla bir süre sonra, oğlum bir hastane sedyesinde yatarken, ben de ruhun doğasını düşünüyordum. Beyindeki elektriksel aktiviteyi tespit eden bir elektroansefalogram (EEG) çekiliyordu. Ekranda düzensiz dalgalı çizgilerin, bir kapının çarpması gibi olaylara ilişkin algılarının tetiklediği sivri uçlarla birlikte aktığını izlerken, bu sinyalleri üreten bilincin doğasını merak ediyordum.

Beynimizdeki nöronları oluşturan -ve Katumuwa’nın hareketsiz stelindeki madde parçalarından veya oğlumun hastane yatağındaki çelik bariyerlerden çok da farklı olmayan- atomlar ve moleküller insan farkındalığını ve düşünce gücünü nasıl üretebiliyor? Bu uzun zamandır sorulan soruyu yanıtlamak için, bugün çoğu nörobiyolog beyin nöronları tarafından gerçekleştirilen bilgi-işlemeye işaret eder. Hem Katumuwa, hem de oğlum için bu, ışık ve ses gözlerine ve kulaklarına ulaştığı anda başlar ve nöronlarını çevrelerinin farklı yönlerine yanıt olarak ateşlemeye teşvik eder. Katumuwa için bu, belki de stelin üzerinde tuttuğu kozalak ya da tarak olabilirdi; oğlum içinse makineden gelen bip sesleri ya da duvardaki saatin hareketiydi.

Her bir ‘ateşleme’ olayı, iyon adı verilen elektrik yüklü atomların nöronların içine ve dışına hareketini içerir. Bu hareket, bir sinir hücresinden diğerine geçen bir tür zincirleme reaksiyonu tetikler; bu, kabaca günümüz bilgisayar kapılarının konuşma gibi çıktılar üretmek için gerçekleştirdiği AND, OR ve NOT Boole işlemlerine benzer. Yani, steline bakmasından itibaren milisaniyeler içinde, Katumuwa’nın beynindeki milyonlarca nöronun ateşleme hızı, stelin binlerce görsel özelliği ve odadaki bağlamıyla bağıntılıydı (correlated). Bu bağıntı (correlation) anlamında söz konusu beyin nöronlarının Katumuwa’nın stelinin en azından bazı yönlerini bildiği varsayılmaktadır.

Ancak bilgi-işleme, bilinçli bilme için yeterli değildir. Bilgisayarlar çok fazla bilgi işler, ancak en ufak bir bilinç kıvılcımı göstermemiştir. Onlarca yıl önce, bilincin fenomenolojisini inceleyen bir makalede, filozof Thomas Nagel bizden bir yarasa olmanın nasıl bir şey olduğunu hayal etmemizi istemişti (Nagel, T (1980). What is it like to be a bat? In: N. Block (Ed.), Readings in Philosophy of Psychology. Harvard University Press, pp. 159-171). Bu bir-şeye-benzeme ya da dünyaya dair bir bakış açısına sahip olma özelliği, gerçekten bilinçli bir ‘bilen’ olmanın ne anlama geldiği hakkında bize bir şeyler söyler. Oğlumun EEG’sini izlerken o hastane odasında, bir kapının çarpılmasını kaydeden bilgileri işleyen nöronlarından biri olmanın nasıl bir şey olduğunu merak ettim. Bildiğimiz kadarıyla, tek bir nöron sadece bir şeyi bilir: Ateşleme hızını. Girdilerine göre ateşlenir veya ateşlenmez, bu yüzden taşıdığı bilgi, ikili bilgisayar dilinin sıfır veya birine hemen hemen eşdeğerdir. Böylece sadece tek bir bilgi bitini kodlar. Bu bitin değeri, sıfır veya bir olsun, bir kapının çarpmasıyla ilişkilendirilebilir, ancak kapının şekli, rengi, odalar arasında bir geçit olarak kullanımı veya çarpma sesi hakkında hiçbir şey söylemez. Bunların hepsi oğlumun bilinçli deneyiminin bir parçası olduğundan emin olduğum özelliklerdir. Oğlumun beynindeki tek bir nöron olmanın hiçbir şey hissettirmeyeceği sonucuna vardım.

Elbette, nörobiyologların genellikle yaptığı gibi, tek bir nöron neredeyse hiçbir şey bilmese de, oğlumun beynindeki 100 milyar nöron topluluğunun zihnindeki her şeyi bildiğini ve dolayısıyla bir şey hissettireceğini iddia edebilirsiniz. Ancak bu açıklama, beyindeki milyonlarca yaygın olarak dağılmış nörondaki tüm bilgilerin, örneğin bir oda veya bir stelin tek bir karmaşık, ancak birleşik bilinçli algısını oluşturmak için nasıl bir araya geldiğini soran ve bağlama sorunu olarak bilinen şeyle çatışır. Bir diğer sorun da atlama (omission) sorunudur. Bağışıklık hücreleri arasındaki karmaşık bilgi girişleri ve işleme olayları ağı hakkında neden hiçbir şey bilmiyorsunuz? Bu hücreler, bedeninizin sizi enfeksiyondan korumak için hangi tür bağışıklık tepkisini kullanacağına karar veriyor. Katumuwa, odasında yürürken kendini dik tutmak için gereken oldukça karmaşık hesaplamaların farkında değildi. Deep Blue’nun elektronik beyni neden satranca ilgi duymuyordu? Asıl bilmece farkındalık ve düşünce veren, ancak yapay beyinlerde bulunmayan bazı beyin aktivitelerinde (ama hepsinde değil) özel olanın ne olduğunu anlamaktır.

EEG ekranında o kıvrımlı çizgilerin akışını izlemek bana farklı bir fikrin, saf nöronal hesaplama veya bilgi işlemeye indirgenmeyen bir şeyin ipucunu verdi. Bir nöron her ateşlendiğinde, tel benzeri sinir lifi boyunca ilerleyen madde tabanlı sinyalle birlikte, çevredeki alana küçük bir elektromanyetik (EM) darbesi de yansıtır. Bu, tıpkı bir mesaj gönderdiğinizde telefonunuzdan gelen sinyale benzer. Bu yüzden oğlum kapının kapandığını duyduğunda, milyarlarca sinirin ateşlenmesini tetiklemesinin yanı sıra, kapının çarpılması beynine milyarlarca küçük elektromanyetik enerji darbesi de yansıtmış olur. Bu darbeler birbirine doğru akarak elektromanyetik alan adı verilen bir tür EM enerji havuzu oluştururlar: Bu nörobiyologların bilincin doğasını araştırırken atladıkları bir şeydir.

Nörobiyologlar beynin EM alanını bir yüzyıldan uzun süredir biliyorlardı, ancak neredeyse her zaman bunun işleyişiyle bir arabanın egzozunun direksiyonuyla olan ilgisi kadar ilgisi olmadığını söyleyerek görmezden geldiler. Yine de, bilgi sadece bağıntı (correlation) olduğundan, EEG ekranındaki sivri uçları oluşturan altta yatan beyin EM alanı titremelerinin, tıpkı bu titremeleri oluşturan nöronların ateşlenmeleri kadar hastane odası kapısının çarpılmasını bildiğini biliyordum. Ancak, aynı zamanda, bir milyon dağınık nöronun ateşlenmesi ile bu ateşlenmeler tarafından oluşturulan EM alanı arasında önemli bir fark olduğunu bilmek için yeterli fizik bilgisine de sahiptim. Bir milyon dağınık nörondaki milyonlarca ayrı bilgi parçası tarafından kodlanan bilgi, tek bir beyin EM alanı içinde fiziksel olarak birleştirilmiştir.

EM alanların birliği, wi-fi kullandığınız her seferinde belirginleşir. Belki de telefonunuzda Katumuwa’nın steli hakkında bir radyo belgeseli yayınlarken, bir diğer aile üyeniz film izliyor ve bir diğeri de müzik dinliyordur. İlginç bir şekilde, ister film, ister resim, ister mesaj veya müzik olsun, tüm bu bilgiler yönlendiricinizin yakınındaki herhangi bir noktadan anında indirilebilir. Bunun nedeni, bilgisayar kapıları veya nöronlar gibi ayrı madde birimlerinde kodlanan bilgilerin aksine, EM alan bilgilerinin kaynaklarından alıcılarına ışık hızında seyahat eden, maddi olmayan dalgalar olarak kodlanmasıdır. Kaynak ve alıcı arasında, farklı mesajları kodlayan tüm bu dalgalar üst üste biner ve birbirine karışarak tek bir foton veya elektron kadar birliğe sahip, fiziksel olarak bağlı bilginin tek bir EM alanı haline gelir ve alandaki herhangi bir noktadan indirilebilir. Alan ve içinde kodlanan her şey her yerdedir. Oğlumun EEG’sinin ekranda ilerlemesini izlerken, beyninin EM alanının tüm duyusal algılarıyla ilişkili, fiziksel olarak bağlı bilgilerle titreşmesinin nasıl bir şey olduğunu merak ettim. Sanırım ona çok benziyordu.

Bilinci beynin EM alanında bulmak tuhaf görünebilir, ancak farkındalığın maddede bulunduğuna inanmaktan daha mı tuhaf? Albert Einstein’ın denklemini hatırlayın, E = mc². Tek yapmanız gereken denklemin madde tabanlı sağ tarafından sol tarafta bulunan enerjiye geçmektir. Her ikisi de fizikseldir, ancak madde bilgiyi uzayda ayrılmış ayrı parçacıklar olarak kodlarken, enerji bilgisi bilginin tek birleşik bütünlere bağlandığı örtüşen alanlar olarak kodlanır. Bilincin merkezini beynin EM alanında bulmak ve milyarlarca dağıtılmış nöronda kodlanan bilginin (EM alan tabanlı) bilinçli zihnimizde nasıl birleştirildiğini anlamak, bağlama sorununu çözer. Bu bir düalizm biçimidir, ancak madde ve ruh arasındaki farktan ziyade madde ve enerji arasındaki farka dayanan bilimsel bir düalizmdir. Farkındalık, bu birleşik EM alan bilgisinin içeriden nasıl hissettirdiğidir. Yani, örneğin, bir kapının çarpıldığını duyma deneyimi, bir kapının çarpılmasıyla ilişkili olan beyindeki bir EM alan bozulmasının ve tüm bellek nöronlarının kodladığı ilişkilerin içeriden nasıl hissettirdiğine benzer.

Oğlumun hastane odasına girmeden sadece birkaç hafta önce, Francis Crick’in kışkırtıcı kitabı Şaşırtan Varsayım’ını okumuştum (özgün adı: The Astonishing Hypothesis, 1994; Türkçeye çeviren: Sabit Say. TÜBİTAK Yayınları, 2005). Bu kitapta, çift sarmalın ortak kaşifi, bilincin, bilinçli düşünceler veya algıyla ilişkili beyin aktivitesini belirleyerek ele alınabilecek, çözülebilir bir sorun olduğunu öne sürmüştü. Örneğin, herkes açıkça görüneni görememekle ilgili o tanıdık deneyimi bilir. Benim için, genellikle gözlüklerimdir. Onları fark etmeden önce bir dakika veya daha fazla süre dağınık masama bakabilirim. O dakikanın başlarında, gözlüklerimin görüntüsü retinamda kaydedilmiş olacak ve renkler, bir çizginin şekli, çizgiler arasındaki açılar, şekil, doku vb. gibi özellikler çıkarılmış ve gözlüklerimi görmediğim tüm dakika boyunca paralel sinir yolları boyunca işlenmiş olacak. Sonra, aniden onları göreceğim.

Crick, bilinçli farkındalığı önceleyen ve sonra onu izleyen sinirsel işleme arasındaki farkın ne olduğunu belirlememiz gerektiğini önermişti. Dünya çapında birçok nörobiyolog tarafından yapılan onlarca yıllık araştırma, senkron nöronal ateşlemeyi bilincin en iyi bağıntısı (korelasyonu) olarak tanımladı. Yani, birçok dağınık nöron gözlüklerimin çeşitli özelliklerini işlerken ben onları göremediğimde, bu nöronlar birbirleriyle uyumsuz bir şekilde (asenkron olarak) ateşlenir. Onları nihayet gördüğüm o ‘Aha!’ anında, tüm bu dağınık nöronlar senkron olarak ateşlenmek üzere sıraya girerler.

Ama neden? Nöronların eş-zamanlı olarak ateşlenip ateşlenmemesi bilgi işleme operasyonları için hiçbir fark yaratmamalı. Nöronlarda bulunan bir bilinç için eş-zamanlılık bir anlam ifade etmez. Ancak, bilinci beynin EM alanına yerleştirirsek, o zaman onun eş-zamanlılıkla ilişkisi kaçınılmaz hale gelir. Durgun bir gölete bir avuç çakıl taşı atın. Bir dalganın tepesi diğerinin çukuruyla buluştuğunda, birbirlerini iptal ederek yıkıcı girişime (destructive interference) neden olurlar. Ancak, tepeler ve çukurlar hizalandığında, daha büyük bir dalga oluşturmak için birbirlerini güçlendirirler: Yapıcı girişim (constructive interference). Aynı şey beyinde de olur. Gözlüklerimin özelliklerini kaydeden veya işleyen milyonlarca farklı nöron eş-zamansız olarak ateşlendiğinde, dalgaları birbirini iptal ederek sıfır EM alanı oluşturur. Ancak, aynı nöronlar eş-zamanlı olarak ateşlendiğinde, dalgaları beynimin EM alanına güçlü bir EM sinyali yansıtarak yapıcı girişime neden olmak üzere hizalanır. Buna artık bilinçli elektromanyetik bilgi (BEB ya da CEMI: Conscious ElectroMagnetic Information) alanı diyorum.

2000’den beri CEMI Alan Kuramı üzerine yayın yapıyorum ve yakın zamanda 2020’de bir güncelleme yayımladım. Kuramın temel bir bileşeni, ‘özgür irade’ dediğimiz şeyin doğasına ilişkin yeni içgörüsüdür. Kralın Demir Çağı’nda yaşayan hizmetkarına geri dönersek… Çoğu modern olmayan insan gibi, Katumuwa da muhtemelen doğaüstü ruhunun iradi eylemlerinin itici gücü olduğuna inanıyordu. Yaklaşık 3.000 yıl sonra, laik filozoflar ve bilim insanları ruhu bedenden çıkardıklarında, istemli eylemler nöronal hesaplamanın başka bir motor çıktısı haline geldi: Yürüme, göz kırpma, çiğneme veya dilbilgisi açısından doğru cümleler kurma gibi bilinçsiz eylemleri yönlendirenlerden farklı değildi.

Peki, neden istemli eylemler bu kadar farklı hissettiriyor? 2002 tarihli bir makalede, özgür iradenin, nöronlar üzerinde etki eden ve gönüllü eylemleri başlatan CEMI ALANI deneyimimiz olduğunu öne sürdüm. O zamanlar, EM alanlarının sinirsel ateşlemeyi etkilediğine dair pek fazla kanıt yoktu, ancak 2010’da Yale Üniversitesi Tıp Fakültesi’nde David McCormick ve 2011’de Caltech’te Christof Koch tarafından yapılan deneyler, nöronların zayıf, beyin gücündeki EM alanları tarafından gerçekten de bozulabileceğini gösterdi. En azından, deneyleri, nöronal bilgi işlemenin bir wi-fi bileşeninin bulunması olasılığını öne sürüyor; iddia ettiğim gibi, bu ‘özgür irade’ olarak deneyimleniyor. Yani, Katumuwa haklıydı: Artık beynindeki EM alanıyla kodlanmış bilgi olarak anlaşılan ruhu, iradesinin yöneticisiydi.

CEMI ALANI kuramı, bilinçsiz ve bilinçli zihinlerimizin neden farklı çalıştığını da açıklıyor. İkisi arasındaki en çarpıcı farklardan biri, bilinçsiz zihnimizin aynı anda birçok şey yapabilmesi, ancak, aynı anda yalnızca tek bir bilinçli görevle meşgul olabilmesidir. Örneğin, Katumuwa kızarmış ördeğini çiğnerken bir arkadaşıyla sohbet etmekte sorun yaşamazdı, ancak satranç oyununa konsantre olurken 1.357 gibi bir sayıyı yediye bölemezdi. Bilinçsiz zihnimiz paralel bir işlemci gibi görünürken, bilinçli zihnimiz aynı anda yalnızca bir görevi çalıştırabilen seri bir işlemcidir.

CEMI ALAN kuramı, bu iki modu şöyle açıklar: Öncelikle beyinde bilgi işlemenin çoğunun (bilinçsiz olan türü) yalnızca EM alanları aracılığıyla etkileşime girmeyen nöron ‘telleri’ aracılığıyla gerçekleştiğini kabul eder. Bu, farklı görevlerin farklı devrelere tahsis edilmesini sağlar. Uzak geçmişimizde, tüm sinirsel hesaplamalar muhtemelen bu paralel işleme nöronal yolunu izliyordu. Paralel işleyen bağışıklık sistemimiz de benzer şekilde EM alan etkileşimlerinden yoksundur, bu nedenle de bilinçsizdir. Ancak, evrimsel tarihimizin bir noktasında, atalarımızın kafatasları giderek daha fazla nöronla doldu ve bitişik nöronlar EM alan etkileşimleri aracılığıyla birbirleriyle etkileşime girmeye başladı. Çoğunlukla, etkileşim işlevi bozardı. Daha sonra doğal seçilim, bu hayati işlevlerde yer alan nöronları yalıtmak için devreye girecekti.

Ancak, ara sıra elektriksel etkileşim faydalı olabilirdi. Örneğin, EM alan etkileşimleri, yalnızca bitler yerine karmaşık birleştirilmiş EM alan bilgisi paketleriyle hesaplama yapma yeteneği vermiş olabilir. Bu gerçekleştiğinde, doğal seçilim EM alan duyarlılığını artırmak için diğer yöne doğru çekmiş oldu. Yine de bu bilgi işleme yönteminin bir dezavantajı da vardı. Gölete atılan çakıl taşlarını hatırlayın: Birbirleriyle etkileşime girerler. Beynin CEMI ALANIna bırakılan farklı fikirler de benzer şekilde birbirleriyle etkileşime girer. Bilinçli CEMI ALANI  zihnimiz kaçınılmaz olarak aynı anda yalnızca bir şey yapabilen seri bir bilgisayara dönüşür.

Kuram ayrıca doğal seçilimin bilinçli zihinlerdeki EM alan etkileşimlerinden elde ettiği faydalara dair ipuçları da sağlar. Elbette bunlar bilinci harekete geçiren faaliyetlerdir: Planlama, hayal gücü, problem çözme veya yaratıcılık gibi. Bu işlemler ikili rakamlar yerine bütünsel alan kodlu karmaşık fikirlerle hesaplanır. Benim önerim fikirlerin bilincin hesaplama birimleri (bilinç ‘bitleri’ veya ‘cbitleri) olarak görülmesidir.

Katumuwa gelecekteki zihnini, silisyumun bir biçimi olan bazaltta hayal etti. Yaşlı hizmetçi, silikonun bilgisayarların hesaplama yeteneğinden sorumlu temel unsur olması nedeniyle planlarının o kadar da saçma olmadığını bilmekten eğlenmiş olabilir. Derin öğrenme AI öncüsü Gary Marcus, etkileyici sayısal hesaplama güçlerine rağmen, geleneksel bilgisayarların şimdiye kadar ‘genel zeka’ olarak bilinen şeyi, yani, yeni sorunları çözmek için bilgiyi genelleştirme kapasitesini geliştirmede tamamen başarısız olduğundan yakınmıştı. Marcus, ‘jantlarına ip takılmış bir bisikleti tamir etmenin en iyi yolunu bulma’ örneğini veriyor. Bu, beş yaşında bir çocuğun göreve ilk kez maruz kaldığında saniyeler içinde kolayca çözebileceği türden bir bulmaca, ancak Marcus’un belirttiğine göre, mevcut hiçbir bilgisayar bu konuda nasıl ilerleyeceği konusunda bir fikre sahip değil.

CEMI ALANI kuramı, geleneksel bilgisayarların asla genel zeka kazanamayacağını öngörür, çünkü bu, ikili rakamlar yerine cbit’lerle, fikirlerle hesaplama yapma becerisiyle etkinleştirilen bir beceridir. Geleneksel yapay zeka bu yetenekten yoksundur, çünkü bilgisayar mühendisleri EM alanlarının hesaplamalarına müdahale etmesini önlemek için büyük çaba harcarlar. EM alanı etkileşimleri olmadan, yapay zeka sonsuza dek aptal ve bilinçsiz kalacaktır.

Yine de CEMI ALANI kuramı, yapay bilinçli zihinler inşa etmenin heyecan verici ve potansiyel olarak dünyayı değiştirici olma olasılığı da sunar. Bu kendi beynimiz gibi, alanlarla ve yalnızca bitleri kodlayan geleneksel mantık kapılarıyla hesaplama yapan farklı bir tür bilgisayar mimarisi gerektirir. Kendi EM alanına duyarlı beyinlerimizin mimarisi, geleceğin bu devrim niteliğindeki yapay beyinlerinin nasıl inşa edilebileceğine dair birçok ipucu sağlar. Bu ipuçlarını yeni bir hesaplama biçimine dönüştürmek, sonunda bilinçli, genel zeka destekli yapay zeka hayalini gerçekleştirebilir.

Daha da ileriye baktığımızda, geleceğin bir Katumuwa’sı, Sam’allının zihinsel ölümsüzlük hayalini gerçekleştirebilir mi? Elbette bir insan beyninin bilgi içeriğini tersine mühendislikle elde etmek ve daha sonra hem kablolar, hem de alanlar aracılığıyla bilgiyi işleyen daha dayanıklı bir silikon tabanlı bilgi işlem alt katmanına yüklemek çok zor olacaktır. Zorlayıcı, ancak imkansız değil. Bazalttan yapılmayacaklar, ancak bir gün elektrik ruhları için potansiyel olarak ölümsüz kaplar inşa etmek mümkün olabilir. Katumuwa’nın hayali insanlığın geleceği olabilir.

Kaynak: Brain Wi-Fİ. April 5, 2021. JohnJoe McFadden. https://aeon.co/essays/does-consciousness-come-from-the-brains-electromagnetic-field

Beyin Örgütlenmesine Dair Yeni Bir Kuram Bilincin Gizemini Hedef Alıyor

Bilinç, beynin en anlaşılmaz gizemlerinden biridir. Termodinamikten esinlenen yeni bir kuram, beyindeki sinir ağlarının nasıl örgütlenerek kısa bir süre için anılara, düşüncelere ve bilince yol açtığını açıklayan üst düzey bir bakış açısı sunuyor.

Farkındalığın anahtarı enerjinin gel-gitidir: Nöronlar bilgi işlemeyi desteklemek için işlevsel olarak bir araya geldiklerinde, etkinlik örüntüleri okyanus dalgaları gibi senkronize olur. Bu süreç, görünmez bir el gibi termodinamik ilkeler tarafından doğal olarak yönlendirilir: Bu ilkeler bilinçli farkındalığı destekleyen sinirsel bağlantıları geliştirirler. Bu süreçteki kesintiler sinir ağları arasındaki iletişimi bozarak epilepsi, otizm veya şizofreni gibi nörolojik bozukluklara yol açar.

Yol Gösterici İlke Olarak Enerji Durumları

Bilim insanları uzun zamandır bilincin beyinde nöronlar arasındaki yaygın olarak dağılmış eşgüdümlü faaliyetten kaynaklandığını varsaymaktadır. Global Çalışma Alanı Kuramı (Global Workspace Theory) adlı bir çerçeve, bazı beyin bölgelerinin bilgiyi birbiriyle bağlantılı çok sayıda beyin alanı boyunca uzay ve zaman içinde bütünleştirdiğini ve bunun da bellek, dikkat ve dil gibi çeşitli süreçler için global olarak kullanılabilir verilerle sonuçlandığını ileri sürmektedir. Bütünleşik Bilgi Kuramı (Integrated Information Theory) adlı başka bir hipotez ise bilincin, beynin yoğun bağlantılarının sonucu olduğuna (ve bunun derecesinin hesaplanabileceğine) inanmaktadır.

Onlarca yıllık çalışmalara rağmen, bu kuramlar daha zor bir soruyu doğrudan ele almamaktadır: Bilincin beyinde ortaya çıkması için bu bağlantıları yönlendiren ilkeler nelerdir? Kilitli kalmış (locked-in) hastalarla iletişim kurmaya ve akıllı makinelerde bilinci belirlemeye odaklanan çabalar giderek artarken, beyin örgütlenmesini yönlendiren biyolojik ilkelerin peşinde koşmak giderek daha önemli hale gelmektedir.

Yeni çalışma, klasik fiziği (özellikle termodinamiğin bazı yasalarını) çağdaş sinirsel aktivite kayıtlarıyla birleştirerek, serbest enerjideki değişikliklerin (bir sistemin içinde mevcut enerji miktarının) sinir ağlarındaki aktiviteyi kısa süreliğine senkronize etmeye nasıl yardımcı olduğuna dair genel bir çerçeve çiziyor.

Bilinçli durumlar sırasında, beyin farklı duyulardan gelen bilgileri hem etkin biçimde bütünleştirmeli, hem de ayırmalıdır. Bu nedenle, bilinçsizken olduğundan daha fazla enerji tüketir. Araştırma ekibi her biri bir beyin “makro durumu” olarak kabul edilen uyanıklık, uyku, koma ve nöbetler sırasında insanların sinirsel kayıtlarını kullanarak, bilinçli durum sırasındaki entropinin bilinçsiz durumlardakinden daha yüksek olduğunu buldu. Bir kavram olarak, entropi birçok özel şekilde yorumlanabilir ve ölçülebilir. Burada, entropi senkronize veya “bağlı” beyin ağlarının yapılandırma sayısıyla ilişkilidir.

Çalışmayı yürüten Perez Velazquez ve meslektaşları, “Daha fazla nöron bağlandıkça enerji dağılır” diyor. Termodinamik denklemler kullanan modeller, sağlıklı ve bilinçli durumların daha fazla dağılmaya eğilimli olduğunu gösteriyor.

Ancak, mesele sadece beyindeki serbest enerji miktarı değil.

Her makro durum, birden fazla yapılandırılabilir mikro durumdan oluşur. Bilinçli farkındalık sırasında, beyinde optimum sayıda bağlı sinir ağı ve bilişi desteklemek için çok daha fazla mikro durum bulunur. Buna karşılık, nöbetler gibi bilinçsiz durumlar sırasında, çok fazla bağlı sinir ağı vardır ve bu da daha az mikro duruma neden olur; böylece daha düşük entropi ve daha yüksek serbest enerji, beynin arızalanmasına neden olur.

Yazarlar, “Sağlıklı beyin durumlarını sürdürmek, beyindeki toplam enerji miktarıyla değil […] daha çok enerjinin nasıl örgütlendiğiyle ilgilidir” diyor.

Beyin Örgütlenmesine Dair Genel Bir İlke

Hepsi birlikte beyin örgütlenmesine enerji farkları (gradient) ve dağılımı merceğinden bakmak sağlıklı, bilinçli beyin durumlarını bilinçsiz olanlardan ayırabilen bir kurama -veya geçici olarak bir “ilkeye”- dönüşür. Bu nedenle ekip, yaklaşımlarının, örneğin belirli epileptik nöbetlerde bilinç bozulduğunda ne olduğunu daha fazla açıklamak için kullanılabileceğine inanıyor.

Bu ilkeyi kullanarak ekip, normal beyin aktivitesinin anormal durumlara nasıl dönüşebileceğine dair bir yorum sundu. Nöronlar aşırı aktifleştiğinde, bu, çok uzun süren veya beynin çok geniş bölgelerine ulaşan normalden daha yüksek bir senkronizasyonla sonuçlanır. Başka deyişle, beyin çok kararlı bir duruma yerleşir. Bu fikir bilince dair Beyin-Davranış Sürekliliği’nde ayrıntılı olarak açıklanmış olan daha önceki bir yorumla da örtüşmektedir. 

Sonuç olarak, beyin daha düşük entropiye ve dolayısıyla değişken beyin aktivite kalıpları oluşturma yeteneğine (yani, daha az mikro duruma) sahiptir: Bu, etkileşimli sinir ağı konfigürasyonunun daha az sayıda olmasına neden olur. Bu da beyni dış dünyaya hızlı ve esnek bir şekilde uyum sağlama yeteneğinden yoksun bırakır. Bazı durumlarda, bilinç de dağılır.

Kaynak: A new theory of brain organization takes aim at the mystery of consciousness

October 27, 2019.  https://neurosciencenews.com/brain-organization-consciousness-15132/

Sünger hücreleri sinir sisteminin kökenine işaret ediyor olabilir

Süngerler basit yaratıklardır, fakat arıtma tesisi uzmanıdırlar: Her gün on binlerce ton suyu vücutlarından geçirip süzerler. Beyinleri ya da nöronları olmadığından, bu sürece hakimiyetleri çok çarpıcıdır. Science‘da yayınlanan bir çalışma, süngerlerin beslenmelerini düzenlemek ve potansiyel olarak istilacı bakterileri ayıklamak için karmaşık bir hücre iletişim sistemi kullandığını ortaya koyuyor (J. M. Musser ve diğerleri. Science https://doi.org/g4xt; 2021). Bu bulgular, araştırmacıların hayvanların sinir sistemlerinin nasıl evrimleştiğini anlamalarına yardımcı olabilir, diyor Connecticut, New Haven’daki Yale Üniversitesi’nde evrimsel biyolog olan Casey Dunn. “Bu, süngerleri yeni bir ışıkta görmemizi sağlayan gerçekten heyecan verici bir çalışma” diyor.

Credit: Willem Kolvoort/Nature Picture Library

Hücreler sıklıkla birbirleriyle iletişim kurar ve nöronlar bunu sinaps adı verilen bağlantılar aracılığıyla sinyaller ileterek yapar. Önceki araştırmalar, nöronları olmamasına karşın süngerlerin sinapsların işlev görmesine yardımcı olan proteinleri kodlayan genlere sahip olduğunu bulmuştu (M. Srivastava ve diğerleri. Nature 466, 720–726; 2010). 

Bu genlerin hangi hücrelerde ifade edildiğini keşfetmek için Almanya, Heidelberg’deki Avrupa Moleküler Biyoloji Laboratuvarı’nda (EMBL) evrimsel biyolog olan Detlev Arendt ve meslektaşları, tatlı su süngerinin (Spongilla lacustris) çeşitli bireysel hücrelerindeki RNA dizisini çıkardılar. Süngerin 18 farklı hücre tipine sahip olduğunu buldular. Bunların birkaçında sinaptik genler etkindi ve sindirim adalarının çevresinde kümelenmişti. Bu, bir tür hücresel iletişim formunun hayvanın süzerek beslenme (arıtma tesisi) davranışını koordine ettiğini düşündürüyor.

Araştırmacılar daha sonra bu hücre tiplerinden birini incelemek için X-ışını görüntüleme ve elektron mikroskobu kullandılar ve bunlara salgısal nöroid hücreler adını verdiler. Taramalar, nöroidlerin süngerlerin koanositlere (choanocyte: süngerlerin su akışı sistemlerini yöneten ve besinlerinin çoğunu yakalayan tüy-benzeri çıkıntıları olan hücrelere) ulaşmak için uzun kollar gönderdiğini ortaya koydu. Bu kollar nöroidlerin koanosistlerle iletişim kurmasını mümkün kılıyor, böylece su akışı sistemini duraklatıp artıkları ya da yabancı mikropları temizleyebiliyorlar. Ancak, bu nöroid hücreler sinir değil ve sinaps olduklarını gösteren bir işaret de yok. 

Aslında bu hücre tipi gerçek bir sinir sisteminin öncüsü olabilir, diyor çalışmanın ortak yazarı olan EMBL’de evrimsel biyolog olan Jacob Musser. “Ara bir noktadayız, tüm bu bağımsız parçalar zaten elimizde, şimdi onları daha kapsamlı bir şekilde bir araya getirme aşamasındayız, ancak, hızlı bir sinaps oluşturmak için gereken tüm karşılıklı bağlantıları kurduğumuz da söylenemez” diyor.

Bazı bilim insanları bu hücrelere sinir sisteminin öncüsü demenin zorlama olduğunu düşünüyor. Kaliforniya Üniversitesi, San Diego’da evrimsel gelişim biyoloğu olan Linda Holland, “Bu sonuç ayartıcı, ama henüz kesin bir şey yok” diyor. Sinir sistemlerinin bu hücresel iletişim sisteminden mi evrimleştiğini, yoksa daha önce mi (hatta bazılarının öne sürdüğü gibi birden fazla kez mi) ortaya çıktığını kanıtlamanın zor olacağını söylüyor. Kanada, Edmonton’daki Alberta Üniversitesi’nde deniz biyoloğu olan Sally Leys’ göre, tek hücreli ökaryotlar dahil olmak üzere birçok başka organizma da aynı sinaptik genleri içeriyor.

Maine, Lewiston’daki Bates College’da gelişimsel genetikçi olan April Hill, bilim insanlarının bu çalışmayı ve yöntemlerini bu yaygın bulunan süngerin daha fazla araştırılması için bir “itici güç” olarak kullanmasını umuyor. Diğer süngerlerin de benzer bir hücresel iletişim sistemi kullanıp kullanmadığının, yanıtlanmamış önemli bir soru olmaya devam ettiğini ekliyor.

Kaynak: Kozlov M. Sponge Cells Hint at Origins of Nervous System

Nature, 599: 193.

Böcekler (ve Diğer Hayvanlar da) Bilince Sahip

2022’de, Londra Queen Mary Üniversitesi’ndeki Arı Duyusal ve Davranışsal Ekoloji Laboratuvarı’ndaki araştırmacılar, yaban arılarının dikkat çekici bir şey yaptığını gözlemlediler: Küçük, tüylü yaratıklar, yalnızca oyun olarak tanımlanabilecek bir aktivitede bulunuyorlardı. Arılara küçük tahta toplar verildiğinde, onları itip döndürüyorlardı. Davranışın çiftleşme veya hayatta kalma ile belirgin bir bağlantısı yoktu ve bilim insanları tarafından da ödüllendirilmiyordu. Görünüşe göre, sadece eğlence amaçlıydı.

Oyuncu arılar üzerine yapılan çalışma daha önce resmen kabul edilenden daha geniş bir hayvan grubunun bilinçli olduğunu düşündüren yeni bir bildiriyi destekliyor. Onlarca yıldır, bilim insanları arasında, bize benzer hayvanların (örneğin büyük maymunlar) -bizimkinden farklı olsa bile- bilinçli deneyime sahip olduğu konusunda geniş bir fikir birliği var. Ancak son yıllarda araştırmacılar, bilincin, tamamen farklı ve çok daha basit sinir sistemlerine sahip omurgasızlar da dahil olmak üzere, bizden çok farklı hayvanlar arasında da yaygın olabileceğini kabul etmeye başladılar.

Jeff Sebo, Kristin Andrews ve Jonathan Birch (soldan sağa), çeşitli hayvan zihinleri üzerine yapılan son araştırmaları değerlendirdikten sonra, bilim insanları ve filozofları bir araya getirerek bilinci daha fazla hayvana genişletmeyi amaçlayan bir bildiriyi imzalamaya karar verdiler.

Biyologlar ve filozoflar tarafından imzalanan yeni bildirge, bu görüşü resmen benimsiyor. Kısmen şöyle diyor: “Deneysel kanıtlar, (tüm sürüngenler, amfibiler ve balıklar dahil) tüm omurgalılarda ve (en azından kafadan bacaklı yumuşakçalar, on bacaklı kabuklular ve böcekler dahil) birçok omurgasızda en azından gerçekçi bir bilinçli deneyim olasılığını gösteriyor.” Bu ve diğer hayvanlarda karmaşık bilişsel davranışları tanımlayan son araştırma bulgularından esinlenen belge, yeni bir fikir birliğini temsil ediyor ve araştırmacıların bilinç için gereken sinirsel karmaşıklık derecesini abartmış olabileceklerini öne sürüyor.

Hayvan Bilincine İlişkin Dört Paragraftan Oluşan New York Bilinç Bildirgesi, bugün, 19 Nisan’da New York Üniversitesi’nde düzenlenen “Yeni Ortaya Çıkan Hayvan Bilinci Bilimi” adlı bir günlük konferansta açıklandı. York Üniversitesi’nden filozof ve bilişsel bilimci Kristin Andrews, New York Üniversitesi’nden filozof ve çevre bilimci Jeff Sebo ve London School of Economics and Political Science’dan filozof Jonathan Birch’in öncülük ettiği bildirgeye şu ana kadar psikologlar Nicola Clayton ve Irene Pepperberg, nörobilimciler Anil Seth ve Christof Koch, zoolog Lars Chittka ve filozoflar David Chalmers ve Peter Godfrey-Smith’in de aralarında bulunduğu 39 araştırmacı imza attı.

Bildiri, fenomenal bilinç olarak bilinen en temel bilinç türüne odaklanıyor. Kabaca ifade etmek gerekirse, bir yaratık fenomenal bilince sahipse, o yaratık olmak, “bir şeye benzer” olmaktır -filozof Thomas Nagel’in 1974 tarihli etkili makalesi “Yarasa olmak nasıl bir şeydir?”de dile getirdiği bir fikir. Nagel, bir yaratık bizden çok farklı olsa bile, “temelde bir organizmanın, yalnızca ve yalnızca o organizma olmak gibi bir şeyi varsa bilinçli zihinsel durumları vardır. … Buna deneyimin öznel karakteri diyebiliriz” diye yazmıştır. Bir yaratık fenomenal olarak bilinçliyse, acı, haz veya açlık gibi duyguları deneyimleme kapasitesine sahiptir, ancak öz farkındalık gibi daha karmaşık zihinsel durumları deneyimleme kapasitesine sahip değildir.

Sussex Üniversitesi’nde nörobilimci olan Seth, bir e-postada “Bildirinin insan olmayan bilinç sorunlarına ve insanın çok ötesinde bilinçli deneyimler olasılığına eşlik eden etik zorluklara daha fazla dikkat çekmesini umuyorum” diye yazmıştır. “Umarım bu, hayvan refahı konusunda tartışmaları ateşler, politika ve uygulamaları bilgilendirir ve ChatGPT gibi şeylerle olduğundan çok daha fazla ortak noktamızın diğer hayvanlarla olduğunu anlamamızı ve takdir etmemizi sağlar.”

Büyüyen Bir Farkındalık

Bildiri, Sebo, Andrews ve Birch arasındaki konuşmaların ardından geçen sonbaharda şekillenmeye başladı. Sebo, “Üçümüz, hayvan bilinci biliminde son 10 yılda, son 15 yılda ne kadar çok şey yaşandığından bahsediyorduk,” diye hatırlıyor. Örneğin, ahtapotların acı hissettiğini ve mürekkep balıklarının belirli geçmiş olayların ayrıntılarını hatırladığını artık biliyoruz. Balıklar üzerinde yapılan çalışmalar, çırçır balıpının bir tür “ayna testi”nden geçtiğini, bunun da bir dereceye kadar kendini tanımayı gösterdiğini ve zebra balıklarının merak belirtileri gösterdiğini buldu. Böcek dünyasında, arılar belirgin bir oyun davranışı gösterirken, Drosophila meyve sinekleri sosyal çevrelerinden etkilenen belirgin uyku düzenlerine sahiptir. Bu arada, kerevitler kaygı benzeri durumlar sergiler ve bu durumlar kaygı önleyici ilaçlarla değiştirilebilir.

Hayvanlarda uzun zamandır tam olmayan bilinç halleri olarak düşünülen bu ve diğer bilinçli durum belirtileri biyologları, bilişsel bilimcileri ve zihin filozoflarını heyecanlandırdı ve zorladı. Sebo, “Birçok insan, örneğin memelilerin ve kuşların ya bilinçli olduğunu ya da bilinçli olma olasılıklarının çok yüksek olduğunu bir süredir kabul etti, ancak diğer omurgalılara ve özellikle omurgasız hayvan türlerine daha az dikkat edildi” dedi. Konuşmalarda ve toplantılarda, uzmanlar büyük ölçüde bu hayvanların bilinç sahibi olması gerektiği konusunda hemfikirdi. Ancak, bu yeni oluşan fikir birliği diğer bilim insanları ve politika yapıcılar da dahil olmak üzere daha geniş bir kamuoyuna iletilmiyordu. Bu yüzden üç araştırmacı net, öz bir bildiri taslağı hazırlamaya ve bunu meslektaşları arasında onay için dolaştırmaya karar verdi. Sebo, bildirinin kapsamlı olmasının amaçlanmadığını, bunun yerine “alanın şu anda nerede olduğunu ve nereye gittiğini düşündüğümüzü” belirtmek için olduğunu söyledi.

Yeni bildiri, hayvan bilinci konusunda bilimsel fikir birliği oluşturma yönündeki en son çabayı güncelliyor. 2012 yılında araştırmacılar memeliler ve kuşlar da dahil olmak üzere insan olmayan çeşitli hayvanların “bilinçli davranışlar sergileme kapasitesine” sahip olduğunu ve “insanların bilinci oluşturan nörolojik alt yapılara sahip olma konusunda tek olmadıklarını” belirten Cambridge Bilinç Bildirgesi’ni yayınladılar.

Seth, yeni bildirgenin öncekinin kapsamını genişlettiğini ve daha dikkatli bir şekilde ifade edildiğini yazdı. “Bilimsel olarak dayatma yapmaya çalışmıyor, bunun yerine hayvan bilinci ve sahip olduğumuz kanıtlar ve kuramalr göz önüne alındığında ilgili etik konusunda neleri ciddiye almamız gerektiğini vurguluyor.” “Açık mektupların çığ gibi artmasından ve benzerlerinden yana olmadığını” ancak nihayetinde “bu bildirgenin desteklenmeye değer olduğu sonucuna vardığını” yazdı.

Sidney Üniversitesi’nde ahtapotlarla yoğun bir şekilde çalışan bir bilim felsefecisi olan Godfrey-Smith, bu yaratıkların sergilediği (problem çözme, alet kullanma ve oyun oynama davranışı dahil) karmaşık davranışların yalnızca bilincin göstergeleri olarak yorumlanabileceğine inanıyor. “Şeylerle, bizimle ve yeni nesnelerle böylesine ilgiyle etkileşime girmeleri içlerinde çok şey olup bittiğini düşünmemeyi çok zorlaştırıyor” dedi. Son zamanlarda ahtapotlar ve mürekkep balıklarındaki acı ve rüya benzeri durumları inceleyen makalelerin “aynı yöne işaret ettiğini… deneyimin hayatlarının gerçek bir parçası olduğuna” dikkat çekti.

Bildiride adı geçen hayvanların çoğunun beyinleri ve sinir sistemleri insanlarınkinden çok farklı olsa da araştırmacılar bunun bilinç için bir engel teşkil etmesi gerekmediğini söylüyor. Örneğin, bir arının beyni sadece yaklaşık bir milyon nöron içerirken, insanlarda bu sayı yaklaşık 86 milyardır. Ancak bu arı nöronlarının her biri yapısal olarak bir meşe ağacı kadar karmaşık olabilir. Oluşturdukları bağlantı ağı da inanılmaz derecede yoğundur ve her nöron belki 10.000 veya 100.000 diğer nöronla temas halindedir. Buna karşın, bir ahtapotun sinir sistemi başka şekillerde karmaşıktır. Organizasyonu merkezi olmaktan ziyade oldukça dağıtılmıştır; kopmuş bir kol, sağlam hayvanın davranışlarının çoğunu sergileyebilir.

Andrews, sonuç olarak, bilinç elde etmek için “düşündüğümüz kadar ekipmana ihtiyacımız olmayabilir” dedi. Örneğin, memeli beyninin dikkat, algı, bellek ve bilincin diğer temel yönlerinde rol oynadığına inanılan dış tabakası olan beyin kabuğunun (cerebral cortex) bile bildiride hedeflenen daha basit fenomenal bilinç için gerekli olmayabileceğini belirtti.

“Balıkların bilinçli olup olmadığı konusunda büyük bir tartışma vardı ve bunun çoğu, memelilerde gördüğümüz beyin yapılarından yoksun olmalarıyla ilgiliydi” dedi. “Ancak kuşlara, sürüngenlere ve amfibilere baktığınızda, çok farklı beyin yapılarına ve farklı evrimsel baskılara sahipler – ve yine de bu beyin yapılarından bazılarının, beyin kabuğunun insanlarda yaptığı türden işi yaptığını görüyoruz.”

Godfrey-Smith, bilinci gösteren davranışların “omurgalı veya insan mimarisine tamamen yabancı görünen bir mimaride var olabileceğini” belirterek buna katıldı.

Akıllı İlişkiler

Bildirgenin hayvanlara yönelik muamele ve özellikle de hayvanların acı çekmesinin önlenmesi açısından çıkarımları olsa da Sebo, odak noktasının acının ötesine geçmesi gerektiğini belirtti. İnsanların esaret altındaki hayvanların bedensel acı ve rahatsızlık yaşamasını engellemesinin yeterli olmadığını söyledi. “Ayrıca onlara içgüdülerini ifade etmelerine, çevrelerini keşfetmelerine, sosyal sistemlere katılmalarına ve aksi takdirde oldukları türden karmaşık etkenler olmalarına olanak tanıyan zenginleştirme ve fırsatlar da sağlamalıyız.”

Ancak daha geniş bir yelpazedeki hayvanlara -özellikle de çıkarlarını düşünmeye alışkın olmadığımız hayvanlara- “bilinçli” etiketini vermenin sonuçları basit değil. Örneğin, böceklerle olan ilişkimiz “kaçınılmaz olarak biraz düşmanca” olabilir, dedi Godfrey-Smith. Bazı zararlılar ekinleri yer ve sivrisinekler hastalık taşıyabilir. “Sivrisineklerle bir şekilde barışabileceğimiz fikri, balıklarla ve ahtapotlarla barışabileceğimiz fikrinden çok farklı…” dedi.

Benzer şekilde, biyoloji araştırmalarında yaygın olarak kullanılan Drosophila gibi böceklerin refahına çok az dikkat ediliyor. Pennsylvania Üniversitesi’nde bilincin sinirsel temellerini araştıran ve bildirgeyi imzalayan Matilda Gibbons, “Araştırmada çiftlik hayvanlarının ve farelerin refahını düşünüyoruz, ancak böceklerin refahını asla düşünmüyoruz” dedi.

Bilimsel kuruluşlar laboratuvar farelerinin tedavisi için bazı standartlar oluşturmuş olsa da, bugünkü bildirinin böceklerin tedavisi için yeni standartlara yol açıp açmayacağı belli değil. Ancak yeni bilimsel bulgular bazen yeni politikaları tetikliyor. Örneğin, İngiltere, London School of Economics’in bir raporunun bu hayvanların acı, sıkıntı veya zarar görebileceğini belirtmesinin ardından ahtapotlar, yengeçler ve ıstakozlar için korumayı artırmak üzere yasa çıkardı.

Bildiride yapay zekadan hiç bahsedilmese de, olası yapay zeka bilinci konusu hayvan bilinci araştırmacılarının aklında. Sebo, “Mevcut yapay zeka sistemlerinin bilinçli olma olasılığı çok düşük” dedi. Ancak, hayvan zihinleri hakkında öğrendikleri “bana duraklama fırsatı veriyor ve konuya ihtiyatlı ve alçakgönüllülükle yaklaşmamı sağlıyor.”

Andrews, bildirinin genellikle göz ardı edilen hayvanlar hakkında daha fazla araştırmayı tetiklemesini umuyor; bu, hayvan dünyasında bilincin kapsamına ilişkin farkındalığımızı daha da genişletme potansiyeline sahip bir hareket. “Neredeyse her üniversitede bulunan tüm bu nematod kurtları ve meyve sinekleri – bunlarda bilinci inceleyin” dedi. “Zaten bunlara sahipsiniz. Laboratuvarınızdaki birinin bir projeye ihtiyacı olacak. O projeyi bir bilinç projesi yapın. Bunu hayal edin!”

Dan Falk. Insects and Other Animals Have Consciousness, Experts Declare. April 19, 2024. http://www.quantamagazine.org/insects-and-other-animals-have-consciousness-experts-declare-20240419

Beynin Bir Anıyı Nerede Koruyacağına O Anının Yararlı Olup Olmaması Yol Gösteriyor

Bellek tek bir bilimsel gizemi temsil etmez; birçok gizemli yönü var. Sinirbilimciler ve psikologlar beynimizde bir arada var olan çeşitli bellek türlerini tanımaya başladılar: Geçmiş deneyimlerin epizodik anıları, olguların semantik anıları, kısa ve uzun vadeli anılar ve daha fazlası… Bunlar genellikle farklı özelliklere sahiptir ve hatta beynin farklı bölgelerinde yerleşmiş gibi görünmektedirler. Ancak bir anının nasıl ve neden bu şekilde sıralanması gerektiğini hangi özelliğinin belirlediği hiçbir zaman netlik kazanmadı.

by Kristina Armitage. https://www.quantamagazine.org/the-usefulness-of-a-memory-guides-where-the-brain-saves-it-20230830/#comments

Yapay sinir ağlarını kullanan deneylerle desteklenen yeni bir kuram, beynin anıları, gelecekte davranışlara yol göstermede ne kadar yararlı olabileceklerini değerlendirerek sıraladığını öne sürüyor. Özellikle, olgulardan (facts) kahvaltıda düzenli olarak yedikleriniz veya işe giderken yaptığınız yürüyüşler gibi faydalı, tekrarlayan deneyimlere kadar tahmin edilebilir şeylere ilişkin pek çok anının beyin kabuğunda (neokorteks) kaydedildiğini öne sürüyor. Burada anılar dünyayla ilgili genellemelere katkıda bulunabilirler. Bir partide içtiğiniz o eşsiz içeceğin tadı gibi, işe yarama olasılığı daha düşük olan anılar, hipokampus adı verilen denizatı şeklindeki bellek bankasında saklanır. Anıları yararlılıklarına ve genelleştirilebilirliklerine göre bu şekilde aktif olarak ayırmak, anıların güvenilirliğini yeni durumlarda yön bulmamıza yardımcı olacak şekilde optimize ediyor olabilir.

Yeni kuramın yazarları (Howard Hughes Tıp Enstitüsü Janelia Araştırma Kampüsü’nden sinir bilimci Weinan Sun ve James Fitzgerald, University College London’dan Andrew Saxe ve meslektaşları) bunu yakın zamanda Nature Neuroscience’da yayınlanan bir makalede açıkladılar. Makale beynin birbiriyle bağlantılı, birbirini tamamlayan iki öğrenme sistemine sahip olduğu yönündeki köklü fikri güncelliyor ve genişletiyor: Yeni bilgiyi hızla kodlayan hipokampus ve onu uzun vadeli depolama için yavaş yavaş entegre eden beyin kabuğu (neokorteks).

Bellekte tamamlayıcı öğrenme sistemleri fikrine öncülük eden ancak bu çalışmanın bir parçası olmayan Stanford Üniversitesi’nden bilişsel sinirbilimci James McClelland, bu kuramın 1990’ların ortasında kendi grubunun kuramını öne sürerken düşünmediği “genelleme yönlerini ele aldığını” belirtti. 

Bilim adamları, bellek oluşumunun en azından 1950’lerin başlarından beri çok aşamalı bir süreç olduğunu, kısmen bilimsel literatürde onlarca yıldır yalnızca H.M. olarak bilinen Henry Molaison adlı bir hasta üzerinde yaptıkları çalışmalardan fark ettiler. Hipokampüsünden kaynaklanan kontrol edilemeyen nöbetlerden muzdarip olduğu için cerrahlar onu  beyin yapısının çoğunu çıkararak tedavi etmişti. Daha sonra hasta çoğu açıdan epey normal görünüyordu: Kelime dağarcığı sağlamdı, çocukluk anılarını aklında tutuyordu ve ameliyattan önceki hayatına dair diğer ayrıntıları hatırlıyordu. Ancak, onunla ilgilenen hemşireyi her zaman unutuyordu. Ona baktığı on yıl boyunca her sabah kendini yeniden tanıtmak zorunda kalmıştı. Yeni uzun vadeli anılar yaratma yeteneğini tamamen kaybetmişti.

Molaison’un semptomları, bilim adamlarının yeni anıların önce hipokampusta oluştuğunu ve daha sonra yavaş yavaş beyin kabuğuna (neokorteks) aktarıldığını keşfetmesine yardımcı oldu. Bir süreliğine bunun tüm kalıcı anılar için geçerli olduğu yaygın biçimde varsayıldı. Ancak araştırmacılar, uzun vadede hipokampusa bağlı kalan anıların artan sayıda örneğini görmeye başladığında, başka bir şeyin de olduğu açıklığa kavuştu.

Yeni makalenin yazarları, bu anormalliğin ardındaki nedeni anlamak için yapay sinir ağlarına yöneldiler, çünkü beyindeki iç içe geçmiş milyonlarca nöronun işlevi, akıl almaz derecede karmaşıktır. Saxe, bu ağların “biyolojik nöronların yaklaşık bir idealleştirilmesi” olduğunu, ancak, gerçekte olduğundan çok daha basit olduğunu söyledi. Bu ağlar canlı nöronlar gibi, verileri alan, işleyen ve daha sonra ağın diğer katmanlarına ağırlıklı çıktılar sağlayan düğüm katmanlarına sahiptirler. Tıpkı nöronların sinapsları aracılığıyla birbirlerini etkilemesi gibi, yapay sinir ağlarındaki düğümler de diğer düğümlerden gelen girdilere göre aktivite seviyelerini ayarlar.

Ekip, öğretmen-defter-öğrenci modeli olarak adlandırdıkları hesaplamalı bir çerçeve geliştirmek için farklı işlevlere sahip üç sinir ağını birbirine bağladı. Öğretmen ağı, bir organizmanın kendisini içinde bulabileceği ortamı temsil ediyor, deneyim girdileri sağlıyordu. Dizüstü bilgisayar ağı, öğretmenin sağladığı her deneyimin tüm ayrıntılarını hızla kodlayan hipokampüsü temsil ediyordu. Öğrenci ağı, not defterine kaydedilenlere başvurarak öğretmenden gelen kalıplar üzerinde eğitim almıştı. Fitzgerald, “Öğrenci modelinin amacı nöronları (düğümleri) bulmak ve onların faaliyet kalıplarını nasıl yeniden oluşturabileceklerini açıklayan bağlantıları öğrenmektir” dedi.

Dizüstü bilgisayar ağındaki anıların tekrar tekrar oynatılması, öğrenci ağını hata düzeltme yoluyla genel bir kalıba sürüklüyordu. Ancak, araştırmacılar kuralın bir istisnasını da fark etti: Eğer öğrenci çok fazla öngörülemeyen anı (geri kalanlardan çok fazla sapan gürültülü sinyaller) üzerine eğitilmişse, bu durum öğrencinin genelleştirilmiş modeli öğrenme becerisini olumsuz etkiliyordu.

Sun, mantıksal açıdan bakıldığında bunu “çok anlamlı” bulmuştu. Evinize paketler aldığınızı hayal edin, diye açıkladı: Eğer pakette “kahve kupaları ve tabaklar gibi” gelecek için faydalı bir şey varsa, onu evinize getirip kalıcı olarak orada tutmak mantıklı görünüyor. Ancak pakette Cadılar Bayramı partisi için Örümcek Adam kostümü veya satış broşürü varsa evi bunlarla doldurmaya gerek yok. Bu öğeler ayrı olarak saklanabilir veya atılabilir.

Çalışma, yapay zekada kullanılan sistemler ile beynin modellenmesinde kullanılan sistemler arasında ilginç bir yakınlaşma sağlıyor. Saxe, bunun “bu yapay sistemlere dair kuramın beyindeki anılar hakkında düşünmek için bazı yeni kavramsal fikirler verdiği” bir örnek olduğunu söyledi.

Örneğin, bilgisayarlı yüz tanıma sistemlerinin işleyişiyle paralellikler var. Kullanıcılardan kendilerine ait yüksek çözünürlüklü görselleri farklı açılardan yüklemelerini isteyerek başlayabilirler. Sinir ağı içindeki bağlantılar, yüzün farklı açılardan ve farklı ifadelerle nasıl göründüğüne dair genel bir anlayışı bir araya getirebilir. Ancak Fitzgerald, “İçinde arkadaşınızın yüzünün yer aldığı bir fotoğraf yüklerseniz sistem, ikisi arasında tahmin edilebilir bir yüz haritası belirleyemez” dedi. Bu, genellemeye zarar verir ve sistemin normal yüzü tanıma konusundaki doğruluğunu azaltır.

Bu görüntüler belirli giriş nöronlarını etkinleştirir ve daha sonra etkinlik, bağlantı ağırlıklarını ayarlayarak ağ üzerinden akar. Daha fazla görüntüyle model, çıktı hatalarını en aza indirmek için düğümler arasındaki bağlantı ağırlıklarını daha da ayarlar.

Ancak bir deneyimin alışılmadık olması ve genellemeye uymaması, onun bir kenara atılıp unutulması gerektiği anlamına gelmez. Tam tersine, istisnai deneyimleri hatırlamak hayati önem taşıyabilir. Beynin anılarını ayrı ayrı depolanan farklı kategorilere ayırmasının nedeni bu gibi görünüyor: Beyin kabuğu (neokorteks) güvenilir genellemeler için kullanılırken, hipokampus istisnalar için kullanılır.

McClelland, bu tür araştırmaların “insan belleğinin yanılabilirliği” konusunda farkındalığı artırdığını söyledi. Bellek sınırlı bir kaynaktır ve biyoloji, sınırlı kaynaklardan en iyi şekilde yararlanmak için taviz vermek zorunda kalmıştır. Hipokampus bile mükemmel bir deneyim kaydı içermiyor. Bir deneyim her hatırlandığında, ağın bağlantı ağırlıklarında değişiklikler olur ve bu da bellek öğelerinin ortalamasının daha fazla alınmasına neden olur. Kendisi, “Görgü tanıklarının ifadelerinin önyargıdan ve tekrarlanan sorgu saldırılarının etkisinden nasıl korunabileceği” koşulları hakkında soruları gündeme getirdiğini söyledi.

Model aynı zamanda daha temel sorulara da ışık tutabilir. “Güvenilir bilgiyi nasıl oluştururuz ve bilinçli kararlar veririz?” Kaliforniya Politeknik Devlet Üniversitesi’nden araştırmaya dahil olmayan sinir bilimci James Antony şöyle konuştu: Güvenilir yordamalar yapmak için anıları değerlendirmenin önemini gösteriyor: Çok sayıda gürültülü veri veya güvenilmez bilgi, yapay zeka modellerinin eğitimi için olduğu kadar insanların eğitimi için de uygun olmayabilir.

Kaynak: Saugat Bolakhe. The Usefulness of a Memory Guides Where the Brain Saves It. https://www.quantamagazine.org/the-usefulness-of-a-memory-guides-where-the-brain-saves-it-20230830/#comments

Belleğin Dinamikleri: Stres Daha Sonraki Hatırlamayı Nasıl Keskinleştiriyor

Özet: Araştırmacılar insan belleğinin büyüleyici bir yönünü keşfettiler: Olumsuz deneyimlerden sonra hatırlamamız daha keskin hale geliyor.

Bir çalışmada, anı hatırlama kalıplarını anlamak için katılımcılarla görüntüye dayalı deneyler yapıldı. Katılımcılar, olumsuz deneyimlerden sonra meydana gelen yüksüz olayları daha doğru bir şekilde hatırladılar; bu da hafızanın olumsuz olandan yüksüz olana doğru aktığını gösteriyor.

Bu bulgunun görgü tanıklarının ifadelerini anlamak, Travma Sonrası Stres Bozukluğu’nu (TSSB) tedavi etmek ve Alzheimer gibi bozukluklarda bellek kaybını azaltmak açısından önemli sonuçları olabilir.

Önemli Olgular:

• Olumsuz deneyimler, sonraki yüksüz olayların hatırlanmasını kolaylaştırır.
• Çalışma bellek ve travma hakkındaki geleneksel beklentilere meydan okuyor.
• Bulgular, TSSB tedavisi ve yasal tanıklıklar için önemli sonuçlar doğurabilir.

Kısa bir süre içinde iki farklı ama benzer deneyim yaşadığınız bir zamanı düşünün. Belki aynı hafta içinde iki tatil partisine katıldınız veya işte iki sunum yaptınız. Kısa bir süre sonra, ikisini karıştırdığınızı görebilirsiniz,. Ancak, zaman geçtikçe bu karışıklık azalır ve bu farklı deneyimler arasındaki farkı daha iyi ayırt edebilirsiniz.

Nature Neuroscience‘ta yayınlanan yeni bir araştırma, bu sürecin hücresel düzeyde gerçekleştiğini ortaya koyuyor ve bu bulgular Alzheimer hastalığı gibi bellek bozukluklarının anlaşılması ve tedavisi için kritik önem taşıyor.

Dinamik engramlar anıları depolar

Araştırma, beyindeki bellek bilgilerini depolayan nöronal hücreler olan engramlara odaklanıyor. Makalenin kıdemli yazarlarından biri olan Dheeraj S. Roy (Buffalo Üniversitesi Jacobs Tıp ve Biyomedikal Bilimler Fakültesi Fizyoloji ve Biyofizik Bölümü’nde PhD ve yardımcı doçent), “Engramlar, anıları hatırlamayı desteklemek için yeniden aktive edilen nöronlardır” diyor. “Engramlar bozulduğunda, bellek kaybı yaşarsınız.”

Roy bir deneyimi hemen izleyen dakikalarda ve saatlerde, beynin engramı depolamak için sıkılaştırması (consolidation) gerektiğini söylüyor. “Şunu bilmek istedik: Bu sıkılaştırma sürecinde; yani, bir engramın oluştuğu zaman ile daha sonra bu anıyı hatırlamanız gereken zaman arasında neler oluyor?”

Araştırmacılar, duyusal bilgiyle (yani, bir uyaranla) başlayan öğrenme ve bellek oluşumu için bir hesaplama modeli geliştirdiler. Bu bilgi, beynin anıların oluştuğu kısmı olan hipokampüse ulaştığında, bazıları uyarıcı, bazıları ise engelleyici olan farklı nöronlar aktive olur.

Nöronlar hipokampüste aktive olduğunda, hepsi aynı anda ateşlenmeyecektir. Anılar oluşurken, zaman içinde yakın bir şekilde aktive olan nöronlar engramın bir parçası haline gelir ve gelecekteki hatırlamayı desteklemek için bağlantılarını güçlendirir.

Roy, “Anı hatırlama sırasında engram hücrelerinin aktivasyonu, ya hep ya hiç süreci değildir, daha çok iyi bir hatırlama için bir eşiğe (yani, özgün engramın belli bir yüzdesine) ulaşılması gerekir” diye açıklıyor.

“Modelimiz, engram popülasyonunun sabit olmadığını gösteren ilk modeldir: Geri çağırma sırasında aktive olan engram hücrelerinin sayısı zamanla azalır, bu da dinamik bir yapıya sahip oldukları anlamına gelir ve bu nedenle bir sonraki kritik soru bunun davranışsal bir sonucu olup olmadığıdır.”

Anıların Ayırt Edilmesi İçin Dinamik Engramlara İhtiyaç Vardır

“Öğrenmeden sonraki pekiştirme döneminde, beyin iki deneyimi ayırmak için aktif olarak çalışır. Bu çalışma muhtemelen tek bir anı için aktive edilmiş engram hücrelerinin sayısının zamanla azalmasının nedenlerinden biridir.”

“Eğer doğruysa, bu, zaman geçtikçe anıları ayırt etmenin neden daha iyi hale geldiğini de açıklar. Deneyimin anısı başlangıçta büyük bir otoyola benzer, ama zamanla, dakikalar ila saatler mertebesindeki pekiştirme dönemi boyunca, beyniniz bunları iki şeride böler, böylece ikisi arasında ayrım yapabilirsiniz.”

Roy ve ekipteki deneyciler artık test edilebilir bir hipoteze sahipti ve bunu farelerle iyi hazırlanmış bir davranış deneyi kullanarak gerçekleştirdiler. Fareler, benzersiz kokulara ve ışık koşullarına sahip iki farklı kutuya kısa bir süre maruz bırakıldı; biri yüksüz bir ortamdı, ama ikinci kutuda ayaklarına hafif bir şok aldılar.

Bu deneyimden birkaç saat sonra, genellikle sürekli hareket eden fareler, her iki kutuya da maruz kaldıklarında korku anılarını hatırladılar ve donakaldılar.

Roy, “Bu, ikisi arasında ayrım yapamadıklarını gösterdi” diyor.

“Ancak on ikinci saatte, aniden, yalnızca ilk deneyimleri sırasında rahatsız oldukları kutuya maruz kaldıklarında korku gösterdiler. İkisi arasında ayrım yapabildiler. Hayvan bize bu kutunun korkutucu olduğunu bildiklerini, ancak beş saat önce bunu yapamadıklarını söylüyor.”

Ekip, ışığa duyarlı bir teknik (optogenetik) kullanarak, hayvan kutuları keşfederken fare hipokampüsündeki aktif nöronları tespit edebildi. Araştırmacılar bu tekniği aktif nöronları etiketlemek ve daha sonra beyin tarafından geri çağırma için kaç tanesinin yeniden aktive edildiğini ölçmek için kullandılar. Ayrıca, tek bir engram hücresinin deneyimler ve zaman boyunca izlenmesine izin veren deneyler de yürüttüler.

“Bu yüzden size bir engram hücresinin veya bunların bir alt kümesinin zaman içinde her ortama nasıl tepki verdiğini tam anlamıyla söyleyebilirim ve bunu anı ayırt etme yeteneğiyle  ilişkilendirebilirim” diye anlatıyor Roy.

Ekibin ilk hesaplamalı çalışmaları, tek bir anıda yer alan engram hücrelerinin sayısının zamanla azalacağını öngörmüştü ve hayvan deneyleri bunu doğruladı.

“Beyin ilk kez bir şey öğrendiğinde, kaç nörona ihtiyaç olduğunu bilmez ve bu nedenle bilerek daha büyük bir nöron alt kümesi devreye girer” diye açıklıyor. “Beyin nöronları stabilize ederken, anıyı sıkılaştırırken, gereksiz nöronları uzaklaştırır, böylece daha az nörona ihtiyaç duyulur ve bunu yaparken farklı anılara yönelik engramları ayırmaya yardımcı olur.”

Bellek bozukluklarında neler oluyor?

Bulgular, Alzheimer hastalığı gibi bellek bozukluklarında neyin yanlış gittiğini anlamakla doğrudan ilgilidir. Roy, bu tür bozukluklar için tedaviler geliştirmek için, ilk anı oluşumu, sıkılaştırma ve hatırlama için engramların aktivasyonu sırasında ne olduğunu bilmenin kritik olduğunu açıklıyor.

Roy, “Bu araştırma bize, bellek işlev bozukluğunun neden meydana geldiğine dair çok olası bir adayın, anı oluşumundan sonraki -engramların değiştiği- erken devredeki bir aralık olması gerektiğini söylüyor” diyor.

Şu anda erken Alzheimer hastalığının fare modellerini inceleyerek engramların oluşup oluşmadığını ya da doğru şekilde sabitlenip sabitlenmediklerini bulmaya çalışıyor. Engramların anıyı oluşturmak ve sabitlemek için nasıl çalıştığı hakkında daha fazla şey bilindiğine göre, araştırmacılar engram popülasyonu azaldığında hayvan modelinde hangi genlerin değiştiğini inceleyebilirler. “Fare modellerine bakabilir ve şunu sorabiliriz: Değiştirilen belirli genler var mı? Eğer varsa, sonunda test edecek bir şeyimiz olur, bu ‘rafine etme’ veya ‘pekiştirme’ süreçleri için geni modüle ederek bunun bellek performansını iyileştirmede bir rolü olup olmadığını görebiliriz” diyor.

Kaynak: Memory’s Dynamics: How Stress Sharpens Subsequent Recall. January 19, 2024. Ellen Goldbaum.

Memory’s Dynamics: How Stress Sharpens Subsequent Recall