Senkronize Beyin Dalgaları Hızlı Öğrenmeyi Mümkün Kılıyor

Senkronize Beyin Dalgaları Hızlı Öğrenmeyi Mümkün Kılıyor

İnsan beyni yeni öğrendiği bilgileri kolayca öğrenebilir ve hafızasında saklayabilir. Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nde (MIT) yapılan araştırmalara göre bu hızlı değişen beyin durumları farklı bölgelerdeki beyin dalgaları senkronizasyonuyla kodlanıyor olabilir.

Yapılan araştırmalar gösteriyor ki maymunlar farklı desenleri sınıflandırmayı öğrenirken öğrenmeyle ilgili olan iki beyin bölgesinin, prefrontal korteks ve striyatum, dalgaları senkronize olarak yeni bir iletişim devresinin oluşmasına olanak sağlıyor. MIT’te profesör olan Earl Miller öğrenmeyle ilgili bu iki beyin bölgesi arasında şu ana kadar keşfedilmemiş yeni bir ilişki bulduklarını söylüyor.  Sınıflandırma temelli öğrenme bu iki beyin bölgesi arasında yeni işlevsel devrelerin oluşmasına neden oluyor.

Striatum ve PFC Arasındaki Beyin Dalgaları

Beyinde milyarlarca elektrik sinyali üreten nöron var. Bu kombine edilen elektrik sinyalleri beyin dalgaları dediğimiz titreşimleri meydana getiriyor ve bu titreşimler EEG (elektroensafalografi) tekniği vasıtasıyla ölçülebiliyor. Araştırma ekibi beynin idari işlerden sorumlu birimi olan prefrontal korteksten ve alışkanlıkların oluşumunda görev alan striatumdan gelen EEG şablonları üzerinde yoğunlaştılar.

Beyin dalgalarının senkronizasyon süreci sinapslardaki değişikliklerden bile önce gerçekleşiyor. Nöronlar arasındaki sinaps adlı bağlantıların uzun dönem hafıza oluşumundaki bir numaralı etken olduğu düşünülüyor. Miller’in görüşüne göre sinaptik plastisitenin de temelini oluşturan bu süreç insan beyninin esnekliğini açıklamak için üzerinde çok çalışılması gereken bir alan.

Plastisitenin Bozulmaması İçin Beyin Dalgaları Senkronize Olmalı

Miller araştırmayla ilgili sözlerine şöyle devam ediyor: “Eğer an ve an düşüncelerinizi değiştirebilirseniz, sürekli yeni bağlantılar kurar ve parçalayarak bu durumu sürdüremezsiniz. Plastisite bu tür bir zaman ölçeğinde düzgün bir biçimde işleyemez. Beynin bu duruma önlem almak için bir yolu olmalı. Eğer sürekli düşüncelerimizi değiştirirsek hiçbir zaman bir nöral ağın sürekliliği olamaz.”

Miller’in laboratuvarı daha önceki araştırmalarında sınıfsal öğrenme esnasında striyatumdaki nöronların erkenden etkinleştiğini ve sonrasında da prefrontal korteksteki nöronların etkinleştiğini buldular. Striyatum çok basit şeyleri çok hızlı bir şekilde öğreniyor ve sonra bu bölgeden çıkan sinyaller prefrontal kortekste birleşip daha büyük anlamlı veriye dönüşüyor. Bir diğer deyişle yapbozun küçük parçaları tek tek striyatumda işleniyor ve prefrontal kortekste bir araya getiriliyor.

Araştırmacılar bu son araştırmalarında bu nöral etkinlik modelinin gerçekten tam olarak böyle işleyip işlemediğini görmek istediler. Diğer bir anlamda, bir bölge tek başına da benzer bir işlev görebiliyor muydu yoksa bu bölgeler tamamen birbirlerine mi bağlıydılar? Bunu yapmak için araştırmacılar maymunlar belirli desenleri sınıflandırma yöntemiyle öğrenirken onların beyinlerinden çıkan EEG sinyallerini ölçtüler.

Beyin Dalgaları Senkronizasyonu Öğrenmeyi Hızlandırdı

Öncelikle hayvanlara her bir kategoriden iki farklı örnek gösterildi. Her turdan sonra örneklerin sayısı iki katına çıkarıldı. İlk aşamalarda hayvanlar kolaylıkla ilgili kategoriye ait şablonları ezberleyebiliyorlardı. Ancak örneklerin sayısı bir yerden sonra hayvanların ezberleyemeyeceği kadar büyük bir sayıya ulaşınca onlar da bu sefer her kategoriyi betimleyen genel özellikleri öğrenmeye başladılar. Deneyin sonuna kadar araştırmacılar 256 yeni örnek gösterirken, maymunlar onların hepsini doğru bir şekilde ezberleyebildiler.

Maymunlar kategorileri tekrarlayarak ezberlemekten öğrenme aşamasına geçerken, araştırmacılar EEG şablonlarında yaptıkları hipotezle tutarlı bir geçiş gözlemlediler. Prefrontal korteks ve striyatum tarafında bağımsız olarak üretilen beta bandı adlı beyin dalgaları birbirleriyle hemen senkronize olmaya başladılar.

Daha Kolay Sinaps Kuruluyor

Miller burada bu rezonans modellerinin oluşmasına olanak tanıyan bilinmeyen bir mekanizma olduğunu belirtiyor ve bu devrelerin birlikte çalıştığını ifade ediyor. Bu ortak çalışma uzun dönemli nöral plastisite değişikliklerinin daha hızlı gerçekleşmesine yardım ediyor olabilir. Böylece başta sadece titreşim halinde olan bu ortaklık gerçek anatomik değişikliklere dönüşebilir. (Beyin dalgalarındaki değişikliklerin sinapslardan daha önce oluştuğunu söylemiştik.) Ancak beyinde gerçekleşen ilk şey sinaps oluşumu değil beyin dalgalarının senkronizasyonudur.

Hamburg Üniversitesi’nde fizyoloji profesörü olan Andreas Engel bu araştırmanın prefrontal korteks ve striyatum arasındaki beta bandındaki eşleşmenin sınıflandırma temelli öğrenmede kilit rol oynadığını gösteren ilk çalışma olduğunu söylüyor. Ayrıca yeni bir mekanizma ortaya çıkartmanın yanı sıra, bu sonuçlar beta bandı titraşimlerinin önemi konusunda da bize önemli bilgiler sunuyor.

Hazırlayan: Çağlayan Taybaş

Kaynaklar

  1. http://www.sciencedaily.com/releases/2014/06/140612121354.htm
  2. Cognitive Psychology and Cognitive Neuroscience by Wikibooks Contributors. 2006
  3. Evan G. Antzoulatosemail , Earl K. MilleremailIncreases in Functional Connectivity between Prefrontal Cortex and Striatum during Category Learning. Neuron, 2014 DOI: 1016/j.neuron.2014.05.005

Çağlayan Taybaş

İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Moleküler Biyoloji ve Genetik mezunuyum. Şu an Johnson & Johnson'a bağlı olarak Erenköy Ruh ve Sinir Hastalıkları hastanesinde klinik araştırma koordinatörü olarak çalışıyorum. Ayrıca İstanbul Üniversitesi'nde ekonomi (açık öğretim) okuyorum. Lisans hayatım boyunca laboratuvarın yanında bilim yazarlığı, programlama, ney ve satranç ile uğraştım. Mezun olduktan sonra askere gitmeden önce sinirbilim.org'u kurdum. Şu an iş hayatım çok yoğun olduğu için eskisi gibi yazamıyorum. Yine iyi idare ettiğimizi düşünüyorum. Bana herhangi bir soru sormak isteyen varsa c.taybas@gmail.com'a mail atabilirler.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.