Hafıza Mekanizması: Fareler Üzerinde Yapılan Araştırmalar ve Sonuçları

Hafıza Nedir? Sınırları Var mı?

Hafıza, geçmiş deneyimlerimizin, öğrenmelerimizin ve duygularımızın saklandığı karmaşık bir mekanizmadır. Bir şeyi unuttuğumuzda, bunun sebebi yeni bilgilerin mevcut hatıralarımızla “çakışması” veya “üzerine yazılması” olabilir mi? Ünlü Amerikan animasyon dizisi The Simpsons‘taki Homer Simpson, bu durumu oldukça ilginç bir şekilde ifade etmiştir. Bir bölümde eşi Marge’a “Hep yeni bir şeyler öğrendiğimde, beynimdeki eski şeyleri itiyor. Evde şarap yapma kursu aldığımda, araba kullanmayı unuttuğumu hatırlıyor musun?” diye sorarak hafızanın işleyişine dair düşündürücü bir bakış açısı sunar.

Homer’ın bu gözlemi, bazı gerçeklerle örtüşüyor olabilir. “Catastrophic forgetting” (Felaket unutma) adı verilen bir durumda, yeni bilgi edinme süreci mevcut hafızamızla karışabiliyor ya da onu silebiliyor. Bu durum, yapay zeka sistemlerinde de gözlemleniyor; çünkü bu sistemler, insan beynine dayalı dijital nöron ağları kullanarak yeni bilgileri öğrenmekte zorluk çekebiliyorlar. Beyinlerimizin anı üretme mekanizmasını anlamak için çalışmalar yapan ABD’deki Cornell Üniversitesi’nden araştırmacılar, bulgularının yapay zeka geliştirilmesinde ve Alzheimer gibi hastalıklarla mücadelede önemli olabileceğini belirtiyorlar. Bunu, uyku sırasında fareler üzerinde gerçekleştirdikleri deneylerle ortaya koydular.

Farelerle Yapılan Araştırmalar

Çalışmaları Nature dergisinde yayımlanan araştırma ekibi, farelerin yeni ve eski hatıralarının karışmasını, bu anıları uyku döngülerinin farklı aşamalarında işleyerek önlediklerini tespit etti. BBC’ye konuşan Dr. Azahara Oliva, “İlk kez, göze bakarak beynin hangi anıyı işlediğini, bu kadar spesifik bir şeyi bilebiliyoruz” dedi. Fareler, bu tür deneyler için ideal bir modeldir çünkü uyku sırasında gözleri kısmen açık kalabiliyor; bu da bilim insanlarına, farelerin beyin aktivitelerini gözlemleme şansı tanıyor.

Fareler uykuya daldığında, göz bebekleri bir dakika boyunca daralmakta ve sonra orijinal boyutuna geri dönmektedir. Araştırmacılar, farenin beyninin her bir uyku aşamasında farklı görevleri yerine getirdiğini buldular. Dr. Oliva, göz bebekleri büyükken beynin eski anıları sakladığını, daraldığında ise yeni anıları işlediğini ifade ediyor. Bu iki aşamalı sistemin, beynin yeni bilgileri alıp mevcut anıları saklama sorununa bir çözüm olabileceği düşünülüyor.

Genetiğiyle Oynanmış Fareler Üzerinden Geliştirilen Bulgular

Bu araştırmadaki bulgular, genetiğiyle oynanmış kahverengi fareler kullanılarak elde edildi. Bu farelerin beyin hücrelerinde, ışığa tepki veren yapay bir protein bulunmaktadır. Araştırma ekibinden Dr. Antonio Fernandez Ruiz, “Farelerin genetiğiyle oynanmış, dolayısıyla beyinlerinde yapay bir protein var” diyor. Hongyu Chang ise, “Beyne bir optik kablo yerleştirdiğimizde, çok az düzeyde ışık bile bu nöronları ışıldatıyor ve beyindeki spesifik hücreleri isteğimiz şekilde aktif hale getirebiliyoruz” şeklinde açıklamalar yapıyor. Bu yöntemle, araştırmacılar anı saklama sürecini tetikleyip ya da baskılayabiliyorlar.

Deneydeki fareler, göz bebeklerinin bir ayna aracılığıyla bir kamera tarafından izlenebilmesi ve elektrotların beyne ulaşabilmesi için özel başlıklar takıyor. Bilim insanları, bu şekilde farenin göz bebeğini gözlemleyerek hangi uyku durumunda olduğunu anlayabiliyorlar. Beyin yalnızca gerekli dönemde, göz bebeği büyük veya küçük olduğunda uyarılabiliyor. Beyne yerleştirilen elektrotlar, bilim insanlarına farenin beyin işlemlerini gözlemleme ve anı oluşturma yeteneğini bozma imkanı sunuyor. Yüzlerce belirli nöronu incelemek, hangi sırayla hareket ettiklerini anlamalarına yardımcı oluyor.

Bir Faredeki Hafızayı Silmek

Araştırmada, izlenen farelere uyuduktan sonra hatırlamaları gereken ödüller saklanıyor. Raporun ortak yazarlarından Dr. Wenbo Tang, “Fareyi üzerinde çok sayıda delik olan bir peynir labirentine koyduk” diyor. “Ve deliklerden birinde gizli bir şeker ödülü vardı.” Fareler, tatlıya giden yolu öğreniyor ve bilim insanları nöronların ateşlendiği örüntüyü haritalandırıyor. İkinci ve farklı bir yol belirleyerek, eski bir anı ile o gün oluşan anı arasında ayrım yapabiliyorlar.

Daha sonra ekip, seçici anıları silip silemeyeceklerini araştırmaya başladı. Şekeri nasıl bulacaklarını yeni öğrenmiş farelerin, küçük göz bebeği uyku evresindeyken hafıza oluşturan nöronları bastırıldığında, uyandıklarında o yolu tekrar bulamadıklarını gözlemlediler. Bilim insanları, beynin yakın zamandaki deneyimlerin işlenmesinin göz bebeği küçükken gerçekleştiğini, daha önceki deneylerden ise büyük göz bebeği evresinin farklı bir işlevi olduğunu düşündüklerini belirttiler. Bu, ekibi, en azından farelerde, beynin yeni anıları işleme ve mevcut anıları pekiştirme görevlerini ayırdığı sonucuna götürdü. Böylece, bu görevlerin birbirleriyle etkileşime girmesini engelleyebileceği öne sürülüyor.

Alzheimer, Travma ve Yapay Zeka Üzerine Etkileri

Fareler üzerinde elde edilen bulguların, insanlarda da geçerli olabileceği düşünülüyor. Uykunun hafıza oluşumu sürecindeki önemi biliniyor ve bu çalışma, beynin uykunun farklı evrelerinde hafıza yaratma sorunlarını önlemede kilit bir rol oynayabileceğini öne sürüyor. Ekip, farelerdeki bulguların insanlara da uygulanabileceğine inanıyor; çünkü memeli olan fareler, insanlarla birçok genetik benzerliğe sahip. Eğer insan beyninin eski ve yeni hafızaları karıştırmasını önleyebilirsek, Alzheimer gibi çeşitli rahatsızlıkların tedavi yollarını bulabiliriz.

Dr. Fernandez Ruiz, “Bu, doğal yaşlanma ve belki de Alzheimer gibi hastalıklarda görülen bir durumdur” diyor. Dr. Oliva ise gelecekte, belirli travmatik anıların veya deneyimlerin pekiştirilmesi sırasında müdahale edilebileceğini öneriyor. Araştırma aynı zamanda yapay zekanın geliştirilmesine de katkı sağlayabilir. Dr. Tang, “Bu çalışma, uykunun anıları daha iyi depolamamıza nasıl yardımcı olabileceğiyle ilgili” diyor ve bunun insan sağlığını iyileştirmeye yardımcı olabileceğini ekliyor.