Sonsuz Ark/ Evrensel Çerçeveye Yolculuk
"Beyindeki sinapsları değiştirerek kötü veya istenmeyen anıları fiziksel olarak ortadan kaldırmak bir gün mümkün olabilir."
Where Are Memories Stored in the Brain? They May Be in the Connections Between Your Brain Cells
Beyninizden bilgisayarınızdaki RAM'e kadar tüm bellek depolama aygıtları, fiziksel niteliklerini değiştirerek bilgi depolarlar. 130 yıldan fazla bir süre önce, öncü nörobilimci Santiago Ramón y Cajal, beynin nöronlar arasındaki bağlantıları veya sinapsları yeniden düzenleyerek bilgiyi depoladığını öne sürdü.
Beyin Bağlantıları Anıları
O zamandan beri, sinirbilimciler hafıza oluşumuyla ilişkili fiziksel değişiklikleri anlamaya çalıştılar. Ancak sinapsları görselleştirmek ve haritalamak zordur. Birincisi, sinapslar çok küçük ve birbirine sıkıca paketlenmişlerdir. Standart bir klinik MRG'nin görselleştirebileceği en küçük nesneden kabaca 10 milyar kat daha küçüktürler. Ayrıca, araştırmacıların beyin fonksiyonlarını incelemek için sıklıkla kullandıkları fare beyinlerinde yaklaşık 1 milyar sinaps vardır ve bunların tümü, onları çevreleyen doku gibi yarı saydam renge opaktır.
Nöronlar Sinapslar Nörotransmitterler
Sinapslar, verici nöronun en sonunu, alıcı nöronun en başlangıcını ve aralarındaki küçük boşluğu içerir.
Bununla birlikte, meslektaşlarım ve benim birlikte geliştirdiğimiz yeni bir görüntüleme tekniği, hafıza oluşumu sırasında sinapsların haritasını çıkarmamıza izin verdi. Yeni anılar oluşturma sürecinin beyin hücrelerinin birbirine bağlanma şeklini değiştirdiğini bulduk. Beynin bazı bölgeleri daha fazla bağlantı kurarken, diğerleri bağlantılarını kaybediyorlar.
Balıklarda yeni anıların haritalanması
Daha önce araştırmacılar, nöronlar tarafından üretilen elektrik sinyallerini kaydetmeye odaklanmıştı. Bu çalışmalar, bir anı oluşturulduktan sonra nöronların belirli uyaranlara tepkilerini değiştirdiğini doğrulamış olsa da, bu değişiklikleri neyin tetiklediğini tam olarak belirleyemediler.
Yeni bir hafıza oluşturduğunda beynin fiziksel olarak nasıl değiştiğini incelemek için, hafıza oluşumundan önce ve sonra zebra balığı sinapslarının 3 boyutlu haritalarını oluşturduk. Zebra balıklarını deneklerimiz olarak seçtik çünkü onlar insanlarınki gibi çalışan beyinlere sahip olacak kadar büyükler ama yaşayan beyne bir pencere açacak kadar küçük ve şeffaflar.
Zebra Balığı Uydurma Modelleri Sinirbilim Araştırması
Zebra balığı, özellikle sinirbilim araştırmaları için uygun modellerdir. Kaynak: Zhuowei Du ve Don B. Arnold
Balıkta yeni bir hafıza oluşturmak için klasik koşullanma adı verilen bir tür öğrenme süreci kullandık. Bu, bir hayvanı aynı anda iki farklı uyarana maruz bırakmak demek: bir tepkiye neden olmayan nötr bir uyaran ve hayvanın kaçınmaya çalıştığı hoş olmayan bir uyaran. Bu iki uyaran yeterince kez bir araya getirildiğinde, hayvan nötr uyarana hoş olmayan bir uyaranmış gibi tepki veriyor, bu da bu uyaranları birbirine bağlayan bir çağrışımsal bellek oluşturduğunu gösteriyor.
Hoş olmayan bir uyaran olarak, balığın kafasını kızılötesi lazerle hafifçe ısıttık. Balık kuyruğunu salladığında, bunu kaçmak istediğinin bir göstergesi olarak aldık. Balık daha sonra nötr bir uyarana maruz kaldığında, bir ışık yandığında kuyruk sallaması, daha önce hoş olmayan uyaranla karşılaştığında ne olduğunu hatırladığı anlamına geliyordu.
Klasik (Pavlovian) Koşullandırma
Pavlov'un köpeği, zil ile yemek arasında bir çağrışımsal bellek oluşturduğu için bir köpeğin zilin çalmasına tepki olarak salya salgıladığı klasik koşullanmanın en iyi bilinen örneğidir. Kaynak: Lili Chin/Flickr
Haritaları oluşturmak için, sinapslara bağlanan ve onları görünür kılan floresan proteinler üreten nöronlarla zebra balığı genetik mühendisliğini yaptık. Daha sonra sinapsları, görüntü oluşturmak için floresan kullanan standart cihazlardan çok daha düşük dozda lazer ışığı kullanan özel olarak oluşturulmuş bir mikroskopla görüntüledik. Mikroskobumuz nöronlara daha az zarar verdiği için sinapsları yapı ve fonksiyonlarını kaybetmeden görüntüleyebildik.
Canlı Balık Beynindeki Nöronlar
Bu görüntü, sinapsları yeşil renkle canlı bir balık beynindeki nöronları göstermektedir.
Kaynak: Zhuowei Du ve Don B. Arnold
Hafıza oluşumundan önce ve sonra 3 boyutlu sinaps haritalarını karşılaştırdığımızda, bir beyin bölgesi olan anterolateral dorsal palyumdaki nöronların yeni sinapslar geliştirdiğini, ağırlıklı olarak ikinci bir bölge olan anteromedial dorsal palliumdaki nöronların sinapslarını kaybettiğini bulduk. Bu, yeni nöronların birlikte eşleştiği, diğerlerinin ise bağlantılarını yok ettiği anlamına geliyordu. Önceki deneyler, balıkların dorsal palyumunun, korku anılarının depolandığı memelilerin amigdalasına benzer olabileceğini öne sürmüştü.
Şaşırtıcı bir şekilde, bellek oluşumuyla meydana gelen nöronlar arasındaki mevcut bağlantıların gücündeki değişiklikler küçüktü ve yeni anılar oluşturmayan kontrol balıklarındaki değişikliklerden ayırt edilemezdi. Bu, çağrışımsal bir hafıza oluşturmanın sinaps oluşumunu ve kaybını içerdiği, ancak daha önce düşünüldüğü gibi mevcut sinapsların gücündeki değişiklikleri zorunlu olarak gerektirmediği anlamına geliyordu.
Howard Hughes Tıp Enstitüsü'nden araştırmacılar, bir bebek zebra balığının nesneleri gördüğü ve hareket etmeye çalıştığı sırada ateşlenen nöronlarının videosunu yakaladı.
Sinapsları kaldırmak anıları ortadan kaldırabilir mi?
Yeni beyin hücresi fonksiyonunu gözlemleme yöntemimiz, yalnızca belleğin gerçekte nasıl çalıştığına dair daha derin bir anlayışa değil, aynı zamanda PTSD ve bağımlılık gibi nöropsikiyatrik durumların tedavisi için potansiyel yollara da kapı açabilir.
Çağrışımsal hatıralar, dün öğle yemeğinde ne yediğinizle ilgili bilinçli hatıralar gibi diğer hatıra türlerinden çok daha güçlü olma eğilimindedir. Ayrıca, klasik koşullanmanın neden olduğu çağrışımsal anıların, TSSB'ye neden olan travmatik anılara benzer olduğu düşünülmektedir. Aksi takdirde, birinin travma anında deneyimlediğine benzer zararsız uyaranlar, acı veren anıların geri çağrılmasını tetikleyebilir. Örneğin, parlak bir ışık veya yüksek bir gürültü, savaş anılarını geri getirebilir.
Araştırmamız, sinaptik bağlantıların bellekte oynayabileceği rolü ortaya koyuyor ve çağrışımsal anıların neden diğer anı türlerinden daha uzun süre dayanabildiğini ve daha canlı hatırlanabildiğini açıklayabilir.
Şu anda TSSB için en yaygın tedavi olan maruz bırakma terapisi, travmatik olayın geri çağrılmasını bastırmak için hastayı tekrar tekrar zararsız ancak tetikleyici bir uyarana maruz bırakmayı içeriyor. Teoride, bu dolaylı olarak hafızayı daha az acı verici hale getirmek için beynin sinapslarını yeniden şekillendirir. Maruz kalma tedavisi ile bir miktar başarı elde edilmiş olsa da, hastalar nüksetmeye eğilimlidir. Bu, travmatik tepkiye neden olan altta yatan belleğin ortadan kaldırılmadığını göstermektedir.
Klasik koşullandırmaya kavramsal olarak bağlı olan uzun süreli maruz kalma tedavisi, TSSB'yi tedavi etmenin bir yoludur.
Sinaps oluşumunun ve kaybının gerçekten hafıza oluşumunu tetikleyip yönlendirmediği hala bilinmiyor. Laboratuvarım, nöronlara zarar vermeden sinapsları hızlı ve hassas bir şekilde kaldırabilen bir teknoloji geliştirdi. Bunun çağrışımsal anıları değiştirip değiştirmediğini görmek için zebra balığı veya farelerdeki sinapsları kaldırmak için benzer yöntemler kullanmayı planlıyoruz.
Bu yöntemlerle TSSB ve bağımlılık gibi yıkıcı koşulların altında yatan çağrışımsal anıları fiziksel olarak silmek mümkün olabilir. Bununla birlikte, böyle bir tedavi düşünülmeden önce, çağrışımsal anıları kodlayan sinaptik değişikliklerin daha kesin olarak tanımlanması gerekir. Ve açıkça ele alınması gereken ciddi etik ve teknik engeller var. Yine de, sinaptik cerrahinin kötü anıları ortadan kaldırabileceği uzak bir gelecek hayal etmek cezbedici.
Don Arnold, USC Dornsife College Of Letters, Arts and Sciences, 15 Ocak 2022, SciTechDaily
Mustafa Tamer, 14.12.2022, Sonsuz Ark, Çeviri, Bilim ve Teknoloji, Aklın Merdivenleri
Referans: “USC Dornsife Edebiyat, Sanat ve Bilim Koleji Biyolojik Bilimler ve Biyomedikal Mühendisliği Profesörü Don Arnold tarafından yazıldı.Bu makale ilk olarak The Conversation'da yayınlandı.
- Sonsuz Ark'ta yayınlanan yazılardan yazarları sorumludur.
- Sonsuz Ark linki verilerek kısmen alıntı yapılabilir.
- Sonsuz Ark yayınları Sonsuz Ark manifestosuna aykırı yayın yapan sitelerde yayınlanamaz.
- Sonsuz Ark Yayınlarının Kullanımına İlişkin Önemli Duyuru için lütfen tıklayınız.