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

İnsan Bellek Teknolojilerinin Geleceği

İnsan belleği, bilindiği üzere, yanılabilirdir. Bir şeyleri unuturuz, yanlış hatırlarız ve çoğu zaman artık neleri bilmediğimizi bile bilmeyiz. Ya değerli anı kataloğumuzu karıştırıp, bir düğmeye basarak onları bilinncin en önüne çıkarmanın bir yolu olsaydı? Bazılarınızın bildiği gibi, insanlığa fütüristik teknolojilerin merceğinden bakan İngiliz bilimkurgu şaheseri Black Mirror’ın bir bölümünün varsayımı budur. Henüz tam olarak orada olmasalar da, son birkaç yılda sinirbilimciler insan beyniyle ilgili en temel sorulardan birini anlamada şaşırtıcı bir ilerleme kaydettiler: Bireysel bellek “izleri” beynimizde nerede bulunur?

Yeni teknolojilerin patlaması, en azından farelerde bir anıyı tanımlamamıza, bir anıyı silmemize veya hatta yapay anılar yerleştirmemize olanak sağladı. Teksas Üniversitesi’nden Dr. Alison Preston, her zaman anıların ne olduğuna dair sezgisel bir algıya sahip olduğumuzu, ancak bunların ardındaki mekanizmaları gerçekten anlamadığımızı söylüyor. Beynin devasa nöron yumağının içinden kırılgan anıları çıkarıp alma yeteneği sadece ilk adımdır. Bir olayı, bir kavramı veya hatta bir fikri yalnızca nöronların birbirleriyle konuşmalarına dayanarak izole edebildiğimizde, anılarımızı zamanın erozyonundan kurtarmak için kaydedip manipüle edebilmeye de yakınız demektir.

Bellek araştırmalarının “altın çağına” hoş geldiniz.

Bellek Engramı

2000’li yıllarda, sözde “yüz hücreleri”nin keşfi, belirli anıların tamamen tek tek nöronlarda tutulduğunu öne sürüyordu. Örneğin, bir kişi Jennifer Aniston’ın yüzünü gördüğünde, görsel işleme merkezindeki tek bir hücre aktive oluyordu. Nöron, sahibi sadece aktrisin yüzünü düşünse bile canlanıyordu ve bu da Aniston kavramının tamamı için gerçek bir yer olduğunu düşündürüyordu.

Basit mi? Evet. Peki, doğru mu? Pek sayılmaz.

Günümüzde, sinirbilimciler genellikle anılar hakkında yüzyıllık bir hipotezi (anıların, beyin bölgelerine epey dağıtılmış nöron ağlarında depolandığını) kabul ediyorlar. İlk olarak 1910’larda psikolog Dr. Karl Lashley tarafından öne sürülen bellek izi (veya bellek engramı) fikri, modern nörobilimde deneysel olarak bir türlü araştırılamamıştır. Ancak yeni teknolojiler sayesinde bilim insanları belirli bir anıyı oluşturan nöron kümesini belirleyebilir hale geldi.

Taraf Tutan Bellek Depolaması

Burada, öğrenme sırasında harekete geçen önemli bir protein olan CREB devreye giriyor. 2009’da bilim insanları şaşırtıcı bir şekilde nöronlardaki CREB (bkz.) seviyesini yapay olarak artırırsanız, bunun onları aktive etme ve bir anıyı depolama olasılığını artırdığını buldular.

Araştırmacılar bir virüs kullanarak, korku anılarında rol oynayan bir beyin bölgesi olan amigdaladaki nöronları farelerde CREB seviyelerini artırmaya ikna ettiler. Daha sonra hayvanları bir ses tonunu elektrik şokuyla ilişkilendirecekleri şekilde eğittiler. Şaşırtıcı bir şekilde, yeni bellek engramının yüksek CREB seviyelerine sahip nöronlarda depolanma eğiliminde olduğunu buldular; öyle ki, bu nöronları bir toksinle öldürdüklerinde, kemirgenler acı dolu deneyimi kalıcı olarak unuttular.

Kısa bir süre sonra, başka bir çalışma bu sonuçları doğruladı: CREB, nöronal Jedi’ların midicholorian’ları (bkz.2) gibidir; seviyeler ne kadar yüksekse, gücü kullanmak, öhöm, bir anıyı kaydetmek için seçilmiş olma şansları o kadar yüksektir. Sebebi şudur: CREB nöronların daha uyarılabilir olmasına neden olur, böylece komşularına kıyasla gelen deneyimleri kaydetmeye daha istekli olurlar.

Sonuç? Öğrenmeden hemen önce belirli nöron gruplarını yapay olarak etkinleştirebilirsek, bu anıların nerede sonlanacağını seçebiliriz, tıpkı yeni verileri sabit diskteki bir bloğa taşımak gibi. Ve hangi beyin hücrelerinin -hatta hangi sinapsların- anıları depoladığını bilirsek, bu bağlantıları güçlendirmeye veya ortadan kaldırmaya doğru büyük bir adım olur.

Anı Ekmek

Ancak anıları bulmak resmin sadece bir parçasıdır. “Anı engramı” kuramının gerçek testi, anıları (yani, hiç gerçekleşmemiş olayların anılarını) yaratma yeteneğidir. Bunu zaten kaba bir düzeyde yapabiliyoruz. Bir olayı zihnimizin ön saflarına getirdiğimizde, beyin anıyı depolamak için kullanılan aynı sinirsel bağlantıları yeniden etkinleştirmek için çok çalışır. Ancak, tam da bu süreç aynı zamanda anıyı kırılgan ve değişime açık hale getirir. Birçok çalışma, anıların hatırlandıktan sonra “yeniden sağlamlaştırma”(bkz. 3) adı verilen bir süreçten geçtiğini göstermiştir; bir kez daha sinir devrelerine kazınırlar ve bu süre zarfında, bu anı hakkında yanlış bilgiler yerleştirmek oldukça kolaydır.

Ancak nöroteknolojiler bilim insanlarının çok daha kesin sonuçlara varmasını sağlamıştır. MIT’den Dr. Susumu Tonegawa bir dizi çalışmada, korkutucu bir şeyi tamamen zararsız bir duruma yapay olarak bağlamanın ne kadar kolay olduğunu göstermiştir. Bu ekip, farelerde anı kodlamasıyla ilişkili bir beyin bölgesi olan hipokampüsteki aktif nöronlara ışığa duyarlı proteinler iletmek için bir virüs kullandı. Daha sonra hayvanları bir şoku bir odayla ilişkilendirmeleri için eğittiler. Bu anıyı depolayan nöronlar canlandı ve sırayla bu ışığa duyarlı proteinleri seri biçimde ürettiler, yani esasen bunları engramın bir parçası olarak etiketlediler. Ekip fareleri tamamen yeni, zararsız bir ortama yerleştirdiğinde, korku engramını ışıkla yapay olarak aktive ettiler – böylece, fareler anında güvenli yerden korkmaya başladılar. Bunun aksine, engram nöronlarını farklı bir ışık frekansıyla engellemek, orijinal şok odasına olan korkularını geçici olarak “sildi”.

Daha sonraki bir çalışmada, aynı ekip benzer bir korkulu anıyı büyük bir anıya -cinsel çekim anısına- bağladı, özünde duygusal yükü olumlu bir şeye dönüştürdü.

İnsan Anıları

Bu teknolojiler insanlar için fazla istilacı olsa da, bilişsel bilim insanları kendi anılarımızı ortaya çıkarmada da ilerleme kaydediyorlar. “Anı kodu çözme” olarak adlandırılan teknoloji, bireysel hatırlamalarla ilişkili sinirsel kalıpları belirlemek için fonksiyonel MRI görüntülerini kullanıyor. Pennsylvania Üniversitesi’nde bir sinirbilimci olan Dr. Michael Kahana, “Bu, bilişsel sinirbilimdeki en önemli devrimlerden biri” diyor.

Son bulgular, insanların sinirsel kalıplarının son derece özgül olabileceğini, gördükleri yüzleri, uykularındaki düşleri veya hatta hatırladıkları bir TV şovundan belirli sahneleri yeniden oluşturabileceğimizi gösteriyor. Örneğin, İngiliz dizisi Sherlock’u izleyen insanlara bakan bir çalışma, gönüllünün bir sahneyi ünlü dedektifle mi, yoksa onsuz mu düşündüğünü belirleyebildi. Daha da ilginci, bu sinirsel kalıp insanlar arasında, hatta sahneyi hiç görmeden sadece başkalarının tarif ettiğini duyanlar arasında bile dikkat çekici derecede benzerdi. “Farklı insanların aynı sahneyi hatırladıklarında, kendi sözcükleriyle tarif ettiklerinde, hatırlamak istedikleri şekilde hatırladıklarında aynı parmak izini görmemiz şaşırtıcıydı,” diyor Johns Hopkins Üniversitesi’nde çalışmaya liderlik eden Dr. Janice Chen.

Bu muazzam bir şey: temelde insan beyninin sadece yüzler veya yerler için değil, çok daha soyut ve genel bir şey için de benzer şekilde anıları kodladığını ve geri çağırdığını gösteriyor. Başka deyişle, anı kodu çözme aktarılabilir olabilir: anı kalıplarını çözmek için bir kişinin zihinsel süreçlerini kullanabilirsek, kuramsal olarak, bilmeyen veya isteksiz bir kişinin anısını da kabaca çözümleyebiliriz.

Daha da çılgını şu: bilim insanları fare çalışmalarını insanlarla birleştirmeye başladı. DARPA (bkz. 4) liderliğindeki bu deneyler, insanlar yeni bir görev öğrenirken hipokampüsteki elektriksel aktiviteyi kaydetmek için implante edilmiş elektrotlar kullanıyor. Aynı devreyi hatırlama sırasında etkinleştirdiğimizde, bu anıları biyolojik olarak arka planda kaybolmuş olsalar bile, potansiyel olarak güçlendirebiliriz.

Bellek engramları arayışı son birkaç yıldır şaşırtıcı derecede verimli oldu. Ve hâlâ kendi anılarımızla özgürce oynayabilmenin bir yolunu bulamamış olsak da, artık böyle bir geleceği hayal etmek imkansız değil. Belki de gelecekte daha yeni teknolojilerin yardımıyla bellek engramlarına erişebileceğiz, bunları harici depolama aygıtlarına kopyalayabileceğiz ve bu engramları istediğimiz zaman geri sarabileceğiz, yeniden oynatabileceğiz veya yeniden yazabileceğiz.

Kaynak:

Shelley Fan. Here’s the Tech That Could One Day Track, Boost, or Erase Human Memory
January 25, 2018.
https://singularityhub.com/2018/01/25/heres-the-tech-that-could-one-day-track-boost-or-erase-human-memory/