Beyin Zaman ve Mekânı Nasıl İşler?

Beyninizin hayatınızdaki olayların sırasını nasıl takip ettiğini, geçmişi hatırlamanızı ve gelecek için plan yapmanızı nasıl sağladığını hiç merak ettiniz mi? İnsan beyninin karmaşık işleyişini araştıran sinirbilimcilerin yakın zamanlı çalışmaları, özelleşmiş nöronların zaman ve mekân boyutlarını kodlamadaki rolünü ortaya koyarak, anıları yeniden yapılandırma yeteneğimizi destekleyen mekanizmalara ışık tutuyor.

“Zaman Hücrelerini” Açığa Çıkarmak

İnsan beyninin bir dizi olayı sıraya koyabilme yeteneğinde, zaman hücreleri denen özelleşmiş nöronların rol aldığı düşünülüyor. Hipokampusta bulunan bu nöronlar, farklı olayları doğru zamansal sırayla birbirine bağlamada önemli rol oynuyor ve bu sıranın doğru bir şekilde hatırlanmasını sağlıyor. Sırayı takip edebilme yeteneğine sahip olan zaman hücrelerinin varlığı daha önce sıçanlarda gösterilmiş, ancak olaysal belleğin insan beyninde nasıl kodlandığı bir gizem olarak kalmıştı.

Fransa’daki Beyin ve Bilişsellik Araştırma Merkezi’nden (CerCo) sinirbilimci Leila Reddy ve ekibi, 15 epilepsi hastasıyla biz dizi deney gerçekleştirdi ve hipokampusa implante edilmiş mikroelektrotlar yardımıyla beyindeki elektriksel aktiviteyi izlediler. Deneylerde, katılımcılara bir dizi resim gösterildi ve farklı aşamalarda aktive olan nöronlar kaydedildi. Araştırmacılara göre, bu nöronlar zaman hücreleriydi. Deneyler sırasında araştırmacılar, zaman hücrelerinin yalnızca katılımcılar belirli görevlerle uğraşırken değil, bir şey yapmıyorlarken de aktif olduklarını gözlemledi. Hiçbir dış uyaran olmadığında bile, bu “çok boyutlu” zaman hücreleri birbirini izleyen anlarda harekete geçerek, gelişen bir zamansal sinyal kodlaması yaptı. Bu da insan beynindeki zaman hücrelerinin bir yandan çeşitli duyusal uyaranlara yanıt verirken bir yandan da zamanla ilgili bilgileri kodlayabildiğini gösterdi.

Bulgular, zaman algısından sorumlu bu nöronlarının karmaşık davranışının, deneyimlerin “ne, nerede ve ne zaman” olduğunun kaydedilmesine katkıda bulunduğunu düşündürüyor. Bu sayede, çok sayıda girdiyi alarak tutarlı bir hafıza dizisi oluşturabiliyor ve olayların doğru sırayla hatırlanmasında rol oynuyor olabilirler.

Beynin GPS’i: Zaman ve Mekân Hücreleri Uyum İçinde

Reddy’nin araştırmasının attığı temel üzerine, UCLA David Geffen Tıp Fakültesi’nden Dr. Itzhak Fried liderliğinde yürütülen iki başka çalışma da insan beyninde zaman ve mekânın eşzamanlı temsil edilişine dair yeni bilgiler veriyor. Epilepsi tedavisi için beyinlerine derinlik elektrotları yerleştirilen hastalarda tek nöronların kayıtlarını kullanan Fried ve ekibi de beynin GPS sistemi gibi görev yapan “mekân hücrelerini” tespit etti.

Dr. Daniel Schonhaut ve Dr. Zahra Aghajan’ın ortak yazar olduğu ilk çalışmada, araştırmacılar öncelikle, hastaların beyninde “zaman hücrelerini” tanımladılar. Sanal bir altın madeninde yön bulma oyunu oynatılan hastaların, altını arama ve toplayıp götürme aşamaları arasındaki bekleme süreleri sırasında aktive olan hücreler tespit edildi. Bu “dinlenme anı” zaman hücrelerinin sırayla aktive olmaları, oyunda boş geçen aralıklarda saniyelerin sayılmasında rol oynadıklarını düşündürdü. Oyunda yön bulma sırasında, katılımcılar belirli konumlara hareket ettikçe farklı “yer hücreleri” ortaya çıktı ve navigasyonun belirli noktalarında yeni bir “zaman hücresi” seti belirdi. Özellikle, hastalar sırayla altını ararken ve toplarken, yer hücrelerinin değişmeden kaldığı ve aynı konumlarda tutarlı şekilde harekete geçtikleri, fakat zaman hücrelerinin değiştiği görüldü.

Bu çalışma, insan beyninde zaman ve mekân hücrelerinin bir arada bulunduğuna dair ilk kanıtı sunarak, nöron düzeyinde zamansal ve mekânsal bağlamların birbirlerinden ayrılabilir olduğunu öne sürüyor. Araştırmacılara göre bu nöron sınıfları, bir zaman-mekân bağlamı haritası için biyolojik bir temel oluşturuyor ve hafızanın üzerine yazılacağı bir iskele görevi görüyor.

Zamanın Kodunu Çözmek: Beyinde Sinematik Bir Yolculuk

İkinci çalışmada ise araştırmacılar, beynin kesintisiz film izlemek gibi uzun süreler boyunca zamanı nasıl izlediğini araştırdılar. Beyin ameliyatı geçiren 14 hastaya bir saat süreyle film izleten araştırmacılar, birden fazla beyin bölgesinden tekil nöron aktivitelerini kaydettiler. Şaşırtıcı şekilde, bazı nöronların onlarca saniyeden birkaç dakikaya kadar değişen çeşitli zaman ölçeklerinde periyodik etkinlik gösterdiği görüldü. Bu benzersiz nöron grubu, film süresince zamanın kodunun çözülmesini sağladı ve bu da, zamansal bilginin kodlanmasındaki rollerini gösterdi.

Katılımcılar filmi izledikten sonra bir hafıza testine girdiklerinde, zaman hücrelerinin çoğunun baskın zamanlamalarını daha kısa ölçeklere kaydırdığı görüldü. Bu da, hafızanın geri çağırılması için zamansal sıkıştırma yapmada rol oynadıklarını gösterdi. Araştırmacılar, “zamansal olarak periyodik hücreler” (TPC’ler) olarak adlandırdıkları bu hücrelerin, film farklı hızlarda gösterildiğinde bile zamansal periyodikliklerinin değişmediğini belirtiyorlar. TPC’lerden hatasız zamansal bilgi çıkarma yeteneği, zamanın kodlanmasındaki rollerini ve hafızanın geri çağırılmasına katkıda bulunduklarını gösteriyor.

Özetle, insan beyninin hafızayı kodlama ve geri çağırma konusundaki olağanüstü yeteneği, özelleşmiş nöronlardan oluşan bir senfoni tarafından düzenleniyor gibi. Bu mekanizmaları anlamak sadece beynin iç işleyişine dair bilgilerimizi derinleştirmekle kalmayıp, hafızayla ilgili bozuklukları ve potansiyel müdahaleleri keşfetmek için de yollar açıyor.