Bilim

24 Haziran 2022

Yazdır

Beyin sürprizlerden ne öğrenir, nasıl öğrenir?

Beyin, ilginç bir organ. Kafatasının içinde bulunur, meninks adı verilen zarlarla kaplıdır. Yaklaşık 1,4 kg. ağırlığındadır. Hareket etmez, kalp gibi atmaz, akciğer gibi genişleyip sönmez. Fiziksel olarak ilginç bir organ gibi görünmese de beyin en karmaşık yapılardan biridir. Sinir sisteminin merkezi olarak hizmet verir.

Kapasitesi tam olarak çözülemediği için çoğu kere mucizevi olarak görülür. Çünkü beyin, kendisinin “anlaşılmaz” olabileceğini kavrayabilen tek organımızdır.

Doğduğumuzda çok fazla bağlantı ve hücreye sahiptir. Doğum sonrası çevreyle etkileşim sonucunda şekillenir. Bütün duyuların işlev görebilmesi, konuşma, hareket gibi becerilerin gelişebilmesi için, beyin bağlantılarının bu karmaşık süreçleri “öğrenecek” şekilde yapılandırılmaları gerekir.

Yakın zamanda bilim insanları, “sürpriz”in de öğrenmeyle doğrudan bağı olduğu üzerine daha sık kafa yorar oldular. Beyin, alışılmadık bir durumla karşı karşıya kalırsa, nasıl tepki verir? Kendini korumaya alıp kilitler mi? Yoksa yeni bir öğrenilmişlik mi oluşur?

Bilimsel makaleler yayımlayan internet sitesi Wissenschaft muhabiri Elena Berhanrd, bu konudaki son bilimsel gelişmeler hakkında yazmış. Yazıdan öne çıkan bölümleri aktarıyoruz:

Öğrenilmiş davranışlar ve fareler

“Davranışımız beklenenden farklı tepkileri tetiklerse, beynimiz bunlardan neler yapılması gerektiğini öğrenir ve davranışlarımızı gelecekte bu tepkilerimize göre uyarlamamızı sağlar.

Günümüzde araştırmacılar nörotransmitterlerin, yani nöronlar ile diğer hücreler arasında iletişimi sağlayan kimyasalların beyinde oynadığı rolü araştırmak için fareleri kullanmışlar.

Araştırmalar, yaptıkları çalışmada, bir şeyler okuyup öğrenirken vücudun kullandığı bir kimyasal olan nöromodülatör ile nöradrenalin olarak da bilinen norepinefrin aktifesinde iki şey görmüşler: bu iki kimyasal, öğrenilmiş davranışların uygulanmasında daima aktif rol almışlar, ikincisi ise sonuç beklenenden farklı olduğunda serbest bırakılmışlar.

Bu durumdan hareketle norepinefrinin, yaşanan olaylar sebepli öğrenmeye yardımcı olan artan uyanıklık durumunu sağladığını düşünmüşler.

Stres hormonu ve belirsizlikler

Haberci madde norepinefrin vücutta bir stres hormonu ve nöromodülatör olarak hareket etmektedir. Bir yandan da, kan basıncı gibi vücut fonksiyonlarını düzenlemek için serbest bırakıldığı adrenal medullada düzensiz şekilli hücreler oluşturmaktadır. Öte yandan, noradrenalin beyinde locus coeruleus denilen şey tarafından oluşturulmakta ve vücuda salgılanmaktadır.

Beynin orta bölgesi, çeşitli girdileri beynin diğer birçok bölümünden daha çok alır ve sırayla onları kendi sinir sinyalleri ve norepinefrin salınımı yoluyla etkileyerek dağılımını sağlar. Bununla birlikte, norepinefrinin beyinde tam olarak hangi görevleri yerine getirdiği hâlâ belirsizliğini korumaktadır.

Fare beyninin manipülasyonu Cambridge’deki Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nden (MIT) Vincent Breton-Provencher liderliğindeki bir ekip tarafından ele alınmış ve farelerde beyindeki norepinefrinin işlevlerini araştırmak üzere çalışmalar başlatılmış.

İlk olarak, araştırmacılar hayvanların beyinlerine, locus coeruleus’un aktivitesinin izlenebileceği ve optogenetik sinyallerden etkilenebileceği implantlar yerleştirmişler.

Daha sonra araştırmacılar, deney hayvanlarını içme suyundan mahrum bırakarak, belirli bir ses sinyali duyulduğunda bir kola basmaları için onları eğitmişler.

Hayvanlar doğru şekilde sinyale basacak olurlarsa, ödül olarak onlara bir damla su vermişler.

Farklı bir ses sinyali, diğer taraftan daha düşük bir ton ile hayvanların manivelaya basmasına izin verilmemiş. Bunu yapmaları halinde ise, yüzlerine hoş olmayan bir hava üfleyerek cezalandırma yöntemini kullanmışlar.

Yüksek seste davranış değişiyor

Araştırmacılar, deney sırasında, yüksek veya düşük tonun hacmini değiştirmişler. Ödül vaat eden tiz ton ne kadar yüksek olursa, farelerin bu ödülü alabilmek için doğru eylemleri gerçekleştirmeleri o oranda yüksek olmuş.

Öte yandan, daha düşük ses sinyalleri verildiğinde farelerin daha güvensiz ve huzursuz oldukları gözlenmiş. Görünüşe göre locus coeruleus, hayvanın ödül alıp almayacağından emin olmadığı durumlarda tam olarak önemli bir rol oynamakta.

Breton-Provencher’ın meslektaşı Mriganka Sur, bu durumu, “Hayvan bir ödül istediği için iter ve locus coeruleus şunu söylemek için önemli sinyaller verir: Şimdi it, çünkü ödül gelecek.” diye açıklıyor.

Araştırmacılar, optogenetik sinyaller yardımıyla locus coeruleus’un engellediği durumlarda, fareler emin olmadıklarından dolayı kola daha az basma girişiminde bulunmuşlar. Yüksek seslerde ise davranışları değişmemiş.

Beklenen ödül hoş olmayınca

Eylemin başlangıcındaki norepinefrin artışına ek olarak, araştırmacılar eylem sona erdikten sonra, özellikle de sonuç beklenmedik olduğunda, bir sürpriz yapmayı denemişler.

Fare, beklenen ödül yerine hoş olmayan bir hava üflemesi aldığında, locus coeruleus büyük miktarda norepinefrin salgılamış ve sonraki denemelerde, bir ödül alacağından emin olmadığı için fare manivelaya çok daha az basmış.

Sur bunu da şu şekilde izah ediyor: “Hayvanlar davranışlarını sürekli olarak koşullara göre uyarlarlar. Görevi zaten öğrenmiş olsalar bile, davranışlarını az önce yaşadıklarına göre ayarlamışlardır.”

Norepinefrin dalgalanmasının ve ardından gelen kısıtlamanın sürprizden değil, yalnızca olumsuz olaydan kaynaklandığını ekarte etmek için araştırmacılar aynı deneyi olumlu sürprizlerle tekrar tekrar denemişler. Ve farelere beklenmedik zamanlarda müdahalelerde bulunmuşlar.

Bu durumda da norepinefrin salınımı meydana geldiği görülmüş. Norepinefrin, planlama ve diğer yüksek bilişsel işlevlerle ilişkili olan prefrontal korteks de dâhil olmak üzere beynin büyük bölümlerine yayılmış.

Beklenmedik olaylar kodlanınca

Sürprizlerin farkındalığı hususunda Sur şöyle bir açıklama yapıyor:

“Bu çalışmanın gösterdiği şey, locus coeruleus’un beklenmedik olayları kodladığı ve bu şaşırtıcı olaylara dikkat edilmesinin, beynin çevresini değerlendirmesi için çok önemli olduğunu göstermiştir.”

Gelecekteki çalışmalarda araştırmacılar, deneyimlerden ders çıkarmak için prefrontal korteksin locus coeruleus’tan gelen sinyallere tam olarak nasıl tepki verdiğini incelemeyi istemekte ve ilave olarak, norepinefrin ile dopamin gibi beklenmedik ödüllere de yanıt veren diğer nöromodülatörler arasındaki etkileşimlere odaklanmayı tercih edeceğe benziyorlar.”

Bu yazı ilk kez 24 Haziran 2022’de yayımlanmıştır.

 

Elena Berhard’ın Wissenschaft adlı web sitesinde yayınlanan “Wie das Gehirn aus Überraschungen lernt” başlıklı yazısından bölümler Meral Harzem tarafından çevrilmiş ve editoryal katkısıyla yayına hazırlanmıştır. Yazının orijinaline aşağıdaki linkten erişebilirsiniz: https://www.wissenschaft.de/gesundheit-medizin/wie-das-gehirn-aus-ueberraschungen-lernt/

Fikir Turu

Fikir Turu, yalnızca Türkiye’deki düşünce hayatını değil, dünyanın da ne düşündüğünü, tartıştığını okurlarına aktarmaya çalışıyor. Bu amaçla, İngilizce, Arapça, Rusça, Almanca ve Çince yazılmış önemli makalelerin belli başlı bölümlerini çevirerek, editoryal katkılarla okuruna sunmaya çalışıyor. Her makalenin orijinal metnine ve değerli çevirmen arkadaşlarımızın bilgilerine makalenin alt kısmındaki notlardan ulaşabilirsiniz.

guest
0 Yorum
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x
Send this to a friend