Beyindeki "Zaman Hücreleri", Yeni Zamansal İlişkileri Öğrenmemizi Sağlıyor!

Dünyamızı nasıl deneyimlediğimiz, onunla nasıl etkileşime girdiğimiz ve yönümüzü nasıl bulduğumuz söz konusu olduğunda zamanlama her şeydir. Fareler üzerinde yapılan yeni bir araştırma, zamanlamaya dayanan karmaşık davranışları öğrenmemizin belirli bir hücre grubuna dayandığını gösteriyor.

ABD'deki Utah Üniversitesi'nden bir ekibin Nature Neuroscience dergisinde yayınladıkları yeni bir araştırma, alzheimer gibi zaman algısını etkileyen nörodejeneratif hastalıkların nasıl başladığını anlamamıza yardımcı olabilir.^[1]

Beyniniz, kendi kişisel arşivinizden bir anı oluşturmak için siz olayları yaşarken zamanlamayı ve olayların sırasını kodlar. Bu zaman çizelgesini medial temporal lob içindeki devreler kullanarak oluşturur ve bunlardan biri medial entorhinal kortekstir.

Bu devre yapıları, görevler sırasında belirli anlarda, saniye ve dakika ölçeğinde ateşlenen "zaman hücrelerine" sahiptir. Bunu, o andaki zamanı saniye veya dakika ölçeğinde takip etmemize yardımcı olan kendinize ait bir metronom olarak görebilirsiniz.

Bilim insanları bu "zamanlayıcının" epizodik anılarda, yani belirli zamanlarda ve mekanlarda meydana gelen anılarda, iz bırakabileceğini düşünüyor. Bu sayede deneyimlerimizden oluşan kareler yerleşik bir ritimle, sırayla yeniden oynatılıyor. Ancak bunu yapmak için, bu zaman hücrelerinin farklı zamansal bağlamları kodlamalarını sağlayan öğrenme dinamiklerine ihtiyacı var.

Medial temporal lobdaki uzamsal hücrelerin bir hayvan farklı ortamlarda hareket ettikçe çalışma biçimlerini yeniden düzenleyebildiğini biliyoruz.

Araştırmacılar, zaman hücrelerinin farklı zamansal bağlamlarda kendilerini yeniden düzenlemek konusunda benzer bir yeteneğe sahip olup olmadığını araştırmak istedi. Bunun için hazırladıkları karmaşık zamana dayalı öğrenme görevini beyin görüntüleme teknikleri ile birleştirdiler.

Ekibin hipotezi, zaman hücrelerinin uzamsal kuzenleri kadar esnek olması durumunda farklı zaman hücrelerinin aktive olacağı ve hayvanların yeni bir zamansal bağlamı tanımlamayı öğrendikçe her zamansal bağlamın benzersiz bir haritasını veya "zaman çizelgesini" oluşturacaklarıydı. Bu durum, zamanlama davranışının öğrenilmesini pekiştirecekti.

İlk denemede fareler, değişken zamanlamalı bir koku uyaranını ayırt ederek ödül almaya çalıştılar ve böylece ilk görevleri tamamlamış oldular.

Zaman hücresi aktivitesindeki örüntüler koku uyaranı örüntüsünden bağımsız olarak tutarlıydı, ancak fareler öğrendikçe bunlar da daha karmaşık hale geldi ve her uyarana karşılık gelen benzersiz zaman ölçekleri geliştirdiler. Ayrıca fareler bir denemeyi yanlış yaptığında zaman hücreleri de yanlış sırada ateşleniyordu. Nörobiyolog Hyunwoo Lee şöyle anlatıyor:

Zaman hücrelerinin deneme sırasında belirli anlarda aktif olması gerekiyor. Ancak fareler hata yaptığında bu düzenli aktivite bozularak daha karmaşık bir hâle geldi.

Araştırmacılar farelerin medial entorhinal korteksinin çalışmasını kimyasal olarak engellediklerinde, yani zaman hücrelerini devre dışı bıraktıklarında, hayvanlar hâlâ olayların ne zaman olduğunu algılayabiliyor ve ne zaman olacağını tahmin edebiliyorlardı, ancak zamana dayalı görevi sıfırdan öğrenmeleri, yani zamanla ilgili yeni bir bilgi edinmeleri imkânsız hâle gelmişti. Çalışmanın ilk yazarı nörobiyolog Erin Bigus şöyle anlatıyor:

Şaşırtıcı bir şekilde, zaman hücreleri sadece zamanı takip etmekten daha karmaşık bir rol oynuyor. Medial entorhinal korteks, herhangi bir basit durumda zamanı takip etmek için gerekli olan basit bir kronometre gibi davranmıyor. Rolü aslında daha karmaşık zamansal ilişkileri öğrenmek gibi görünüyor.

Bu araştırma, Alzheimer gibi erken dönemlerinde Medial entorhinal korteksi etkilediğini bildiğimiz, insanların zamanı çok farklı deneyimlemesine neden olan psikolojik durumların daha iyi anlaşılmasını sağlayabilir. Çalışmanın kıdemli yazarı nörobiyolog James Heys şöyle anlatıyor:

Karmaşık zamanlama görevlerinin Alzheimer hastalığının başlangıcını tespit etmek için yararlı bir yol olup olamayacağını araştırmakla ilgileniyoruz.

DEHB ve otizmin bir belirtisi olan zaman körlüğünün nasıl ortaya çıktığına yönelik alanda artan bir ilgi de var. Zamanın haritasını beyinde nasıl kaydedildiğini anlamak, bu konudaki araştırmaların ilerlemesine yardım edebilir.

Araştırmacılar, Medial entorhinal korteksin zamanlamada net bir rolü olduğunu tespit etmelerine rağmen, medial temporal lobda hipokampus ve lateral entorhinal korteks gibi zamanı kodlayan başka bölgeler de olduğunu belirtiyor. Ekip, şöyle bitiriyor:

Gelecekte yapılacak önemli çalışmalarda amaç, medial temporal lob bölgelerinin diğer kısımların da bu iş için gerekli olup olmadığını test etmek olacak.