Sessizce oturuyorsunuz ve beyniniz aniden dünyayı kapatıyor ve tamamen başka bir şeye, belki yeni bir deneyime ya da eski bir anıya yöneliyor. Sadece bir hayal gördün. Ancak bu deneyimin her yerde mevcut olmasına rağmen, hayal kurarken beyinde neler olduğunu anlamak sinirbilimcilerin gözünden kaçmış durumda.
Fareler üzerinde yapılan bir çalışma Çarşamba günü Nature’da yayınlandı, Sağlık Tıp Fakültesi’ndeki araştırmacıların liderliğindeki bir ekibi bunu çözmeye bir adım daha yaklaştırdı.
Araştırmacılar, hayvanlar sessiz bir uyanıklık durumunda kalırken, farelerin beyinlerinin görsel korteksindeki nöronların aktivitesini izlediler. Bu nöronların ara sıra, bir fare gerçek bir görüntüye baktığında meydana gelene benzer bir düzende ateşlendiğini, bunun da farenin görüntü hakkında düşündüğünü veya hayal kurduğunu akla getirdiğini buldular. Dahası, bir farenin günün ilk birkaç hayali sırasındaki aktivite kalıpları, beynin görüntüye tepkisinin zaman içinde nasıl değişeceğini tahmin ediyordu.
Araştırma, hayallerin beynin gelecekte gördüklerine vereceği tepkiyi şekillendirebileceğine dair, ön hazırlık olsa da, umut verici kanıtlar sunuyor. Ekip, ilişkinin daha ileri araştırmalarla doğrulanması gerektiği konusunda uyardı; ancak sonuçlar, sessiz uyanma sırasında görülen hayallerin beyin plastisitesinde (beynin yeni deneyimlere yanıt olarak kendini yeniden şekillendirme yeteneği) rol oynayabileceğine dair ilgi çekici bir ipucu sunuyor.
Ph.D. başyazarı Nghia Nguyen, “Bu hayal kurma sürecinin nörobiyolojik düzeyde nasıl gerçekleştiğini ve bu sessiz yansıma anlarının öğrenme ve hafıza için önemli olup olmadığını bilmek istedik” dedi. HMS Blavatnik Enstitüsü’nde nörobiyoloji öğrencisi.
Gözden kaçan bir beyin bölgesi
Bilim insanları, hafıza ve uzaysal navigasyonda önemli bir rol oynayan, denizatı şeklindeki bir beyin bölgesi olan hipokampusta, anıları oluşturmak ve fiziksel çevreyi haritalandırmak için nöronların geçmiş olayları nasıl tekrarladığını incelemek için oldukça zaman harcadılar.
Buna karşılık, görsel korteks de dahil olmak üzere beynin diğer bölgelerindeki nöronların tekrarı üzerine çok az araştırma yapıldı. Bu tür çabalar görsel anıların nasıl oluştuğuna dair değerli bilgiler sağlayacaktır.
Beth Israel Deaconess Medical’da tıp profesörü olan kıdemli yazar Mark Andermann, “Laboratuarım, farenin tam olarak neyi hatırladığını anlamak için görsel korteksteki yeterli sayıda nörondan kayıt yapıp yapamayacağımız ve daha sonra bu bilgiyi beyin plastisitesine bağlayıp bağlayamayacağımızla ilgilenmeye başladı” dedi. Merkezi ve HMS’de nörobiyoloji profesörü.
Yeni çalışmada araştırmacılar, farelere her biri farklı gri ve benekli siyah beyaz karelerden oluşan farklı dama tahtası deseninden oluşan iki görüntüden birini tekrar tekrar gösterdi. Görüntüler arasında fareler bir dakikayı gri ekrana bakarak geçirdiler. Ekip aynı anda görsel korteksteki yaklaşık 7.000 nöronun aktivitesini kaydetti.
Araştırmacılar için, onların ve diğerlerinin sonuçları, hayal kurmaya yol açan sessiz uyanma anlarına yer açmanın önemli olabileceğini öne sürüyor.
Araştırmacılar, bir fare bir görüntüye baktığında nöronların belirli bir düzende harekete geçtiğini ve desenlerin birinci görüntüyü ikinciden ayırt edecek kadar farklı olduğunu buldu. Daha da önemlisi, bir fare görüntüler arasındaki gri ekrana baktığında, nöronlar bazen farenin görüntüye baktığı zamanki gibi benzer ancak aynı olmayan bir düzende ateşleniyordu; bu, onun görüntü hakkında hayal kurduğunun bir işaretiydi. Bu hayaller yalnızca fareler rahatladığında, sakin davranışlarla ve küçük gözbebekleriyle karakterize edildiğinde ortaya çıktı.
Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, fareler en son görüntü hakkında daha fazla hayal kurdular ve günün başında, her bir resmi onlarca kez görmüş olduklarından daha fazla hayal kurdular.
Ancak araştırmacıların daha sonra buldukları şey tamamen beklenmedikti.
Gün boyunca ve günler boyunca, farelerin görüntülere baktığında görülen aktivite kalıpları değişti; sinirbilimciler buna “temsili sürüklenme” adını veriyor. Ancak bu sürüklenme rastgele değildi. Zamanla, görüntülerle ilişkili desenler birbirinden daha da farklı hale geldi; ta ki her biri neredeyse tamamen ayrı bir nöron kümesini kapsayana kadar. Özellikle, bir farenin bir görüntüyle ilgili ilk birkaç hayali sırasında görülen desen, fare daha sonra görüntüye baktığında desenin ne olacağını tahmin ediyordu.
Andermann, “Beynin aynı görüntüye verdiği tepkilerde zaman içinde sapmalar var ve bu ilk hayaller, sürüklenmenin nereye gideceğini tahmin edebiliyor” dedi.
Son olarak araştırmacılar, görsel korteksteki hayallerin, hipokampustaki tekrarlama etkinliğiyle aynı anda gerçekleştiğini buldu; bu da, bu hayaller sırasında iki beyin bölgesinin iletişim kurduğunu gösteriyor.
Oturmak, belki hayal kurmak
Araştırmanın sonuçlarına dayanarak Nguyen, bu hayallerin beyin plastisitesinde aktif olarak yer alabileceğinden şüpheleniyor.
“İki farklı görüntüyü defalarca gördüğünüzde aralarında ayrım yapmak önemli hale geliyor. Bulgularımız, hayal kurmanın, iki görüntüyle ilişkili sinir kalıplarını birbirinden uzaklaştırarak bu sürece rehberlik edebileceğini gösteriyor.” Nguyen, bu ilişkinin doğrulanması gerektiğine dikkat çekti.
Nguyen, görüntüler arasında ayrım yapmayı öğrenmenin, farenin gelecekte her görüntüye daha spesifik bir şekilde yanıt vermesine yardımcı olacağını ekledi.
Bu gözlemler, kemirgenlerde ve insanlarda, bir deneyimin ardından sessiz bir uyanıklık durumuna geçmenin öğrenmeyi ve hafızayı geliştirebileceğine dair giderek artan kanıtlarla uyumludur.
Daha sonra araştırmacılar, görsel korteksteki bireysel nöronlar arasındaki bağlantıları görselleştirmek ve beyin bir görüntüyü “gördüğünde” bu bağlantıların nasıl değiştiğini incelemek için görüntüleme araçlarını kullanmayı planlıyor.
Andermann, “Beyin aktivitesinin keşfedilmemiş yüzde 99’unun peşindeydik ve görsel kortekste kimsenin hakkında hiçbir şey bilmediği çok fazla zenginlik olduğunu keşfettik” dedi.
İnsanlardaki hayallerin görsel korteksteki benzer aktivite kalıplarını içerip içermediği açık bir sorudur ve cevabı ek deneyler gerektirecektir. Ancak insanlarda görsel imgeleri hatırladıklarında benzer bir sürecin meydana geldiğine dair ön kanıtlar var.
Sağlık Üniversitesi’nde Sosland Ailesi Psikoloji ve Sinirbilim Profesörü Randy Buckner, insanlardan bir görüntüyü ayrıntılı olarak hatırlamaları istendiğinde görsel korteksteki beyin aktivitesinin arttığını gösterdi. Diğer çalışmalar, bu tür bir hatırlama sırasında görsel kortekste ve hipokampusta elektriksel aktivite dalgalanmaları kaydetti.
Araştırmacılar için, onların ve diğerlerinin sonuçları, hayal kurmaya yol açan sessiz uyanma anlarına yer açmanın önemli olabileceğini öne sürüyor. Bir fare için bu, bir dizi resme bakmaya ara vermek anlamına gelebilir ve bir insan için bu, akıllı telefonda kaydırma yapmaya ara vermek anlamına gelebilir.
Andermann, “Kendinize hiçbir zaman uyanık kalma süresi vermezseniz, beyin esnekliği için önemli olabilecek bu hayal kurma olaylarından çok fazla yaşamayacağınızdan oldukça eminiz” dedi.
Ek yazarlar gazetede Andrew Lutas, Oren Amsalem, Jesseba Fernando, Andy Young-Eon Ahn, Richard Hakim, Josselyn Vergara, Justin McMahon, Jordane Dimidschstein ve Bernardo Sabatini yer alıyor.
Araştırma, Ulusal Savunma Bilim ve Mühendislik Bursu, Howard Hughes Tıp Enstitüsü Gilliam Bursu, Ulusal Sağlık Enstitüleri (F32 DK112589; DP2 DK105570; DP1 AT010971-02S1; R01 MH12343), Davis Ailesi Vakfı ödülü, McKnight tarafından desteklenmiştir. Akademisyen Ödülü, Sağlık Zihin Beyin Davranışı Fakülteler Arası Girişimi Fakülte Araştırma Ödülü, Sağlık Beyin Bilimi Girişimi Bipolar Bozukluk Tohum Bursu ve Kent ve Liz Dauten tarafından.
Günlük Gazete
En son Sağlık haberlerini almak için günlük e-postalara kaydolun.
Fareler üzerinde yapılan bir çalışma Çarşamba günü Nature’da yayınlandı, Sağlık Tıp Fakültesi’ndeki araştırmacıların liderliğindeki bir ekibi bunu çözmeye bir adım daha yaklaştırdı.
Araştırmacılar, hayvanlar sessiz bir uyanıklık durumunda kalırken, farelerin beyinlerinin görsel korteksindeki nöronların aktivitesini izlediler. Bu nöronların ara sıra, bir fare gerçek bir görüntüye baktığında meydana gelene benzer bir düzende ateşlendiğini, bunun da farenin görüntü hakkında düşündüğünü veya hayal kurduğunu akla getirdiğini buldular. Dahası, bir farenin günün ilk birkaç hayali sırasındaki aktivite kalıpları, beynin görüntüye tepkisinin zaman içinde nasıl değişeceğini tahmin ediyordu.
Araştırma, hayallerin beynin gelecekte gördüklerine vereceği tepkiyi şekillendirebileceğine dair, ön hazırlık olsa da, umut verici kanıtlar sunuyor. Ekip, ilişkinin daha ileri araştırmalarla doğrulanması gerektiği konusunda uyardı; ancak sonuçlar, sessiz uyanma sırasında görülen hayallerin beyin plastisitesinde (beynin yeni deneyimlere yanıt olarak kendini yeniden şekillendirme yeteneği) rol oynayabileceğine dair ilgi çekici bir ipucu sunuyor.
Ph.D. başyazarı Nghia Nguyen, “Bu hayal kurma sürecinin nörobiyolojik düzeyde nasıl gerçekleştiğini ve bu sessiz yansıma anlarının öğrenme ve hafıza için önemli olup olmadığını bilmek istedik” dedi. HMS Blavatnik Enstitüsü’nde nörobiyoloji öğrencisi.
Gözden kaçan bir beyin bölgesi
Bilim insanları, hafıza ve uzaysal navigasyonda önemli bir rol oynayan, denizatı şeklindeki bir beyin bölgesi olan hipokampusta, anıları oluşturmak ve fiziksel çevreyi haritalandırmak için nöronların geçmiş olayları nasıl tekrarladığını incelemek için oldukça zaman harcadılar.
Buna karşılık, görsel korteks de dahil olmak üzere beynin diğer bölgelerindeki nöronların tekrarı üzerine çok az araştırma yapıldı. Bu tür çabalar görsel anıların nasıl oluştuğuna dair değerli bilgiler sağlayacaktır.
Beth Israel Deaconess Medical’da tıp profesörü olan kıdemli yazar Mark Andermann, “Laboratuarım, farenin tam olarak neyi hatırladığını anlamak için görsel korteksteki yeterli sayıda nörondan kayıt yapıp yapamayacağımız ve daha sonra bu bilgiyi beyin plastisitesine bağlayıp bağlayamayacağımızla ilgilenmeye başladı” dedi. Merkezi ve HMS’de nörobiyoloji profesörü.
Yeni çalışmada araştırmacılar, farelere her biri farklı gri ve benekli siyah beyaz karelerden oluşan farklı dama tahtası deseninden oluşan iki görüntüden birini tekrar tekrar gösterdi. Görüntüler arasında fareler bir dakikayı gri ekrana bakarak geçirdiler. Ekip aynı anda görsel korteksteki yaklaşık 7.000 nöronun aktivitesini kaydetti.
Araştırmacılar için, onların ve diğerlerinin sonuçları, hayal kurmaya yol açan sessiz uyanma anlarına yer açmanın önemli olabileceğini öne sürüyor.
Araştırmacılar, bir fare bir görüntüye baktığında nöronların belirli bir düzende harekete geçtiğini ve desenlerin birinci görüntüyü ikinciden ayırt edecek kadar farklı olduğunu buldu. Daha da önemlisi, bir fare görüntüler arasındaki gri ekrana baktığında, nöronlar bazen farenin görüntüye baktığı zamanki gibi benzer ancak aynı olmayan bir düzende ateşleniyordu; bu, onun görüntü hakkında hayal kurduğunun bir işaretiydi. Bu hayaller yalnızca fareler rahatladığında, sakin davranışlarla ve küçük gözbebekleriyle karakterize edildiğinde ortaya çıktı.
Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, fareler en son görüntü hakkında daha fazla hayal kurdular ve günün başında, her bir resmi onlarca kez görmüş olduklarından daha fazla hayal kurdular.
Ancak araştırmacıların daha sonra buldukları şey tamamen beklenmedikti.
Gün boyunca ve günler boyunca, farelerin görüntülere baktığında görülen aktivite kalıpları değişti; sinirbilimciler buna “temsili sürüklenme” adını veriyor. Ancak bu sürüklenme rastgele değildi. Zamanla, görüntülerle ilişkili desenler birbirinden daha da farklı hale geldi; ta ki her biri neredeyse tamamen ayrı bir nöron kümesini kapsayana kadar. Özellikle, bir farenin bir görüntüyle ilgili ilk birkaç hayali sırasında görülen desen, fare daha sonra görüntüye baktığında desenin ne olacağını tahmin ediyordu.
Andermann, “Beynin aynı görüntüye verdiği tepkilerde zaman içinde sapmalar var ve bu ilk hayaller, sürüklenmenin nereye gideceğini tahmin edebiliyor” dedi.
Son olarak araştırmacılar, görsel korteksteki hayallerin, hipokampustaki tekrarlama etkinliğiyle aynı anda gerçekleştiğini buldu; bu da, bu hayaller sırasında iki beyin bölgesinin iletişim kurduğunu gösteriyor.
Oturmak, belki hayal kurmak
Araştırmanın sonuçlarına dayanarak Nguyen, bu hayallerin beyin plastisitesinde aktif olarak yer alabileceğinden şüpheleniyor.
“İki farklı görüntüyü defalarca gördüğünüzde aralarında ayrım yapmak önemli hale geliyor. Bulgularımız, hayal kurmanın, iki görüntüyle ilişkili sinir kalıplarını birbirinden uzaklaştırarak bu sürece rehberlik edebileceğini gösteriyor.” Nguyen, bu ilişkinin doğrulanması gerektiğine dikkat çekti.
Nguyen, görüntüler arasında ayrım yapmayı öğrenmenin, farenin gelecekte her görüntüye daha spesifik bir şekilde yanıt vermesine yardımcı olacağını ekledi.
Bu gözlemler, kemirgenlerde ve insanlarda, bir deneyimin ardından sessiz bir uyanıklık durumuna geçmenin öğrenmeyi ve hafızayı geliştirebileceğine dair giderek artan kanıtlarla uyumludur.
Daha sonra araştırmacılar, görsel korteksteki bireysel nöronlar arasındaki bağlantıları görselleştirmek ve beyin bir görüntüyü “gördüğünde” bu bağlantıların nasıl değiştiğini incelemek için görüntüleme araçlarını kullanmayı planlıyor.
Andermann, “Beyin aktivitesinin keşfedilmemiş yüzde 99’unun peşindeydik ve görsel kortekste kimsenin hakkında hiçbir şey bilmediği çok fazla zenginlik olduğunu keşfettik” dedi.
İnsanlardaki hayallerin görsel korteksteki benzer aktivite kalıplarını içerip içermediği açık bir sorudur ve cevabı ek deneyler gerektirecektir. Ancak insanlarda görsel imgeleri hatırladıklarında benzer bir sürecin meydana geldiğine dair ön kanıtlar var.
Sağlık Üniversitesi’nde Sosland Ailesi Psikoloji ve Sinirbilim Profesörü Randy Buckner, insanlardan bir görüntüyü ayrıntılı olarak hatırlamaları istendiğinde görsel korteksteki beyin aktivitesinin arttığını gösterdi. Diğer çalışmalar, bu tür bir hatırlama sırasında görsel kortekste ve hipokampusta elektriksel aktivite dalgalanmaları kaydetti.
Araştırmacılar için, onların ve diğerlerinin sonuçları, hayal kurmaya yol açan sessiz uyanma anlarına yer açmanın önemli olabileceğini öne sürüyor. Bir fare için bu, bir dizi resme bakmaya ara vermek anlamına gelebilir ve bir insan için bu, akıllı telefonda kaydırma yapmaya ara vermek anlamına gelebilir.
Andermann, “Kendinize hiçbir zaman uyanık kalma süresi vermezseniz, beyin esnekliği için önemli olabilecek bu hayal kurma olaylarından çok fazla yaşamayacağınızdan oldukça eminiz” dedi.
Ek yazarlar gazetede Andrew Lutas, Oren Amsalem, Jesseba Fernando, Andy Young-Eon Ahn, Richard Hakim, Josselyn Vergara, Justin McMahon, Jordane Dimidschstein ve Bernardo Sabatini yer alıyor.
Araştırma, Ulusal Savunma Bilim ve Mühendislik Bursu, Howard Hughes Tıp Enstitüsü Gilliam Bursu, Ulusal Sağlık Enstitüleri (F32 DK112589; DP2 DK105570; DP1 AT010971-02S1; R01 MH12343), Davis Ailesi Vakfı ödülü, McKnight tarafından desteklenmiştir. Akademisyen Ödülü, Sağlık Zihin Beyin Davranışı Fakülteler Arası Girişimi Fakülte Araştırma Ödülü, Sağlık Beyin Bilimi Girişimi Bipolar Bozukluk Tohum Bursu ve Kent ve Liz Dauten tarafından.
Günlük Gazete
En son Sağlık haberlerini almak için günlük e-postalara kaydolun.