Neden Her Şeyi Hatırlamıyoruz?

Olayları, yerleri ve kişileri tüm detayları ile hatırlayamamak yaygın bir insan tecrübesidir. Yakın zamanda katıldığımız bir dersin genel içeriğini hatırlayabiliriz ancak konunun detaylarını dereceli olarak zamanla unuturuz. İlk bakışta bu olayın bellek kapasitemizin sınırlı olmasından kaynaklanabileceğini ve duyusal girdileri büyük bir kesinlik ve bütünlük ile kodlayabilen bir sinir sisteminin çok daha avantajlı olacağını düşünebiliriz. Açıkça, belleğimizin kapasitesi, depoladıklarımızdan çok daha yüksektir. Detayları hatırlayamamak bir yetersizlikten öte, adaptif bir özelliktir; yani unutmak, evrimsel süreçte avantajlı olduğu için özellikle seçilmiştir ve bu durum, güçlü bilimsel kanıtlar ile desteklenmiştir.

Pek çok koşul altında olayların detayları yerine, genelini hatırlamak daha faydalı olabilir. Kırsal bir arazide bir kayanın altında saklanan bir yılanın saldırısına maruz kaldığınızı hayal edin. Sinir sistemi bu olayda korku belleğini oluştururken sadece gerekli kısımları kodlamalıdır: Size hangi yılanın saldırdığı veya yılanın hangi kayanın altında saklandığı önemli değildir. Sinir sisteminin gelecek adına doğru davranışsal adaptasyonları sağlayabilmesi için, detayları ortadan kaldırarak daha sonraki olaylar için genel bir şema çıkarması gereklidir. "Genelleştirme" adı verilen bu fonksiyon bellek sistemlerinin önemli özelliklerindendir ancak kontrol atında tutulmadığı takdirde belirsiz anıların oluşturulmasına yol açar ve artık faydalı bir fonksiyon olmaktan çıkar. Bu nedenle beyin, genellik ve spesifiklik arasında bir denge kurmalıdır.

Genellik ve spesifiklik sırasıyla belleğin "geçicilik" (İng: "transience") (veya başka bir deyiş ile "unutma") ve kalıcılık (İng: "persistence") özelliklerine karşılık gelmektedir. Kalıcılıkta sinaptik bağlantılarda bir değişiklik meydana gelir: Sinaptik bağlantılar güçlendirilebilir, yeni sinaptik bağlantılar oluşturulabilir veya tam aksine bağlantılar zayıflatılabilir, var olan bağlantılar ortadan kaldırılabilir. Geçicilik ise, teleolojik olarak, kalıcılıktaki değişimlerin tersine dönmesi ile sağlanır: Sinaptik bağlantılar güçlendirildiyse zayıflatılır veya zayıflatıldıysa güçlendirilir; böylece en başta meydana gelen değişim ortadan kaldırılır.

Cold Spring Harbor Perspectives in Biology (Lüscher et al.)

Geçiciliğin belleğe katkıları nedir?

1) Değişen Koşullara Uyum Sağlayabilme

Kusursuz bir şekilde kalıcılığa eğilimli bir bellek sistemi, değişimlere karşı adapte olmak için elverişsiz olurdu. Çevrede değişim gerçekleştikçe sinir sistemi eski bilgiler ile çatışmaları algılayabilmeli ve kendisini güncelleyebilmelidir. Geçicilik sayesinde eski sinaptik değişimler tersine döndürülebilir ve bellek değişimlere adapte olarak yeni bilgileri kodlayabilir.

Davranışsal çalışmalar ile geçiciliğin değişen durumlara uyum sağlama becerisinde önemi net bir şekilde ortaya konmuştur: Farelere bir su labirentinin içinde bir platform bulmaları için eğitim verildiğinde sağlıklı hayvanlar kısa süre içinde platformun yerini öğrenir. Daha sonra platformun yeri değiştirilirse hayvanlar önce eski yere gitme eğilimindedir ancak artık bu bilginin geçerliliğini yitirdiğini farkeder ve tekrar aramaya başlarlar ve bir süre sonra platformun yeni yerini keşfederler. Bu olay sürecinde hayvan platformun yerini ilk öğrendiğinde bu bilgiyi temsil eden sinaptik bağlantıları güçlendirir. Daha sonra platformun artık burada olmadığını gördüğünde ise aynı sinaptik bağlantılar zayıflatılır ve hayvan artık bu bilgiyi güncellemek için hazırdır.

Wikimedia Commons

Ancak, deneysel olarak hayvanlar platformun ilk yerini öğrendikten sonra, hayvanların sinaptik bağlantılarının zayıflamasına neden olan süreçler engellenir ve daha sonra platformun yeri değiştirilirse hayvan platformu ilk yerinde aramaya devam eder. Bu deney bize unutmanın fizyolojik süreçlerdeki önemini vurgular. Bu şartlar altında hayvanların değişen çevrelere adapte olma becerisi büyük ölçüde zayıflamıştır.

Aksine aynı deneysel koşullarda, hayvan ilk platformun yerini öğrendikten sonra, hayvanların sinaptik bağlantıları zayıflatma becerisi güçlendirilir ve platformun yeri bundan sonra değiştirilirse, hayvan platformun yeni yerini daha hızlı bir şekilde öğrenebilir. Burada dikkat edilmesi gereken bir ayrıntı hayvanın öğrenme becerisindeki bu artışın sadece değişen durumlarda geçerli olduğudur. Bu müdahaleler ile deney hayvanına daha önce öğrendikleri ile ilişkisi olmayan yeni bir eğitim verilirse hayvanın öğrenme becerisinde herhangi bir artış görülmez.

Böylece belleğin geçiciliği canlıların çevrelerindeki değişen koşullara karşı, davranışlarını değiştirebilmesini sağlar ve bu esnek bellek sayesinde koşullara daha yüksek bir adaptasyon sağlanır.

2) Belleğin Genelleştirilmesi

Belleğin geçicilik özelliği yukarıda ele aldığımız davranışsal esnekliğe ek olarak, canlıların öğrendikleri bilgilerin, sadece öğrendikleri bağlama bağlı kalmamasını ve farklı koşullar altında da kullanılabilmesini sağlar. Bu özellik ilk bakışta anlaşılabileceğinden çok daha önemlidir çünkü yaşadığımız evren hakkındaki kuralları genelleştirme sayesinde elde ederiz. En başta verdiğimiz yılan örneği genelleştirme fonksiyonunun kullanıldığı durumlardan bir tanesidir. Beyin belirli olaylardan elde ettiği bilgileri genelleştirerek gelecek adına daha isabetli kararlar alınabilmesini sağlayacak basitleştirilmiş bilgiler elde eder. Genelleştirilmiş bir bilgi elde etmenin bir yolu, kodlanan bilgilerin gerekli olmayan detaylarının spesifik olarak zayıflatılması ve esas niteliklerinin depolanmasıdır. Bu sayede bellekte kontrollü ve kısmi bir unutma gerçekleştirilir ve basitleştirilmiş, pek çok koşul altında kullanılabilecek daha faydalı bir şema ortaya çıkarılır. Sinirbilimci Paul Frankland bu süreci “Occam’ın usturası”na benzetmiştir: daha basit açıklama, daha geniş uygulama.

Deney hayvanlarında bağlamsal korku koşullanması oluşturulan çalışmalar genelleştirme fonksiyonunun nöral mekanizmalarına ve evrimsel faydalarına kanıt sağladı. Hayvanlar, belirli ipuçlarının olduğu bir bağlamda ayaklarına elektrik şoku gibi bir uyarana maruz kalırsa ve daha sonra aynı ipuçlarına maruz bırakılırsa tipik olarak hareketsiz kalarak korku cevabı gösterirler. Hayvanlarda, A ipuçlarının yer aldığı bir ortamda korku koşullanması oluşturulur ve kısa süre sonra hayvanlar farklı ipuçlarının (B) yer aldığı bir ortama yerleştirilirse yeni ipuçları ile ilgili bir belleğe sahip olmadıkları için korku cevabı göstermezler. Ancak, hayvanlar A ipuçlarında koşullanma oluşturulduktan sonra, daha uzun bir süre beklenir ve ancak ondan sonra B ipuçlarına maruz bırakılırsa korku cevabı sergilemeye başlarlar. Koşullanma oluşturulduktan sonra beklenen süre içinde, hayvanların belleğinde kontrollü bir unutma süreci gerçekleşmiş ve olayın sadece “özü” kodlanmıştır. Böylece hayvan gelecekteki tehlikelere karşı kendisini daha iyi koruyabilecek özellikler kazanmış olur. Hayvanlarda unutmaya aracılık eden hücresel mekanizmalar inhibe edildiğinde, genelleştirmenin de ortadan kaldırıldığı görülür. Bu sayede tıpkı değişen koşullara adaptasyonda olduğu gibi, aktif unutma süreci hücresel substrat olarak genelleştirmenin temelini oluşturur.

Nature Reviews Neuroscience (Maren et al.)

3) Eksik Bilgiler Eklendikçe Belleğin Güncellenmesi

Bilgiye ulaşmak için yeterli imkânlar bulunmadığında, beyin gelecekte edinilecek bilgiler ile güncellenmek üzere genel taslaklar oluşturur. Farelerde bağlamsal korku koşullanması oluşturulan bir çalışmada, hayvanlara ipuçlarını keşfetmeleri için yeterli zaman verilmediğinde, hayvanlar farklı ipuçlarının bulunduğu bir ortamda yine korku cevabı sergilediler. Bunun sebebi hayvanın bulunduğu ortamı yeterince keşfedememiş olması, ipuçlarını tanıyamaması, dolayısıyla nerede olduğundan emin olamamasıdır. Beyin yeterli bilginin olmadığı bu durumda tehlikelere karşı risk almamak adına hızla genel şemalar oluşturarak korku cevabının açığa çıkmasını sağlar. Eğer hayvanın bulunduğu ortamları keşfetmesi için zaman tanınırsa genelleştirme azaltılacak ve hayvanın tehlike ile ilişkili ipuçlarına cevap vermesi sağlanacaktır.

Yeterli bilgi edinilememesi durumunda oluşturulan bu genelleştirilmiş korku belleği karakteristik olarak ortadan kaldırılmaya dirençlidir. Korku koşullanması bir kez oluşturulduktan sonra hayvanlar aynı ipuçlarının bulunduğu ortama bırakılır ve daha sonra herhangi bir tehlikeli uyarana maruz kalmazsa, bir süre sonra hayvan tehlikenin artık geçtiğini öğrenir ve korku cevabı ortadan kaldırılır. “Extinction” veya sönümleme denen bu olay, hayvanın ipuçları hakkında yeterli bilgiye sahip olmadığı durumlarda meydana gelmez. Çünkü hayvan hâlâ hangi ortamın tehlikeli hangisinin güvenli olduğundan emin değildir. Eğer hayvanın ipuçlarını yeterince keşfetmesine izin verilirse geçicilik sayesinde bilgiler güncellenir ve daha sonra uygun eğitimin verilmesi ile sönümleme gerçekleştirilebilir.

Geçicilik ve Kalıcılık Arasındaki Dengeyi Ne Belirler?

Yukarıda ele aldığımız gibi, nöral devrelerde öğrenme ile meydana gelen aktivite-bağımlı modifikasyonların sürdürülmesi belleğin kalıcılığını sağlarken, bu modifikasyonların ortadan kaldırılması geçiciliği teşvik eder. Nöral devreler, endojen ve çevresel süreçler tarafından sürekli modifiye edilir ve bu modifikasyon hızı hipokampüs için görece yüksektir.

Devam eden nöral aktiviteler beyinde bir gürültüye yol açarak belleğin geçiciliğini teşvik eder. Daha önceki bir yazımızda öğrenmenin hücresel mekanizmalarından long-term potentiation’ı (LTP) detaylı olarak incelemiştik. Kısaca, öğrenme süreçleri, sinaptik transmisyonun gücünde aktivite-bağımlı değişiklikleri başlatır. Transmisyon gücünü değiştirmenin bir yolu postsinaptik nöronun, presinaptik nörondaki nörotransmitter serbestleme bölgelerinin karşısında konumlanmış olan postsinaptik densitesinde bulunan reseptör sayısını düzenlemektir.

Nature Reviews Neuroscience (Lisman et al.)

Glutamaterjik sinapslar için kısaca özetleyecek olursak, öğrenme süreçleri ile birlikte NMDA-tipi glutamat reseptörünün aktivasyonu ile postsinaptik nöron içine Ca⁺² akışı başlar ve postsinaptik densiteye daha fazla AMPA-tipi glutamat reseptörünün yerleştirilmesi ile sonuçlanan moleküler mekanizmalar aktive olur. Bu olay NMDA-bağımlı LTP olarak adlandırılır. Öğrenme ile postsinaptik densiteye yerleştirilen AMPA reseptörlerini, sinapstan geri uzaklaştıracak faktörler belleğin geçiciliğine neden olur. İlginç olarak, bu faktörlerden en belirgin olanlarından biri LTP’yi başlatan NMDA reseptörünün aktivasyonudur. Yoğun duyusal girdiden kaynaklanan gürültü, tonik olarak NMDA reseptörünü aktive ederek belleğin geçiciliğini artırır. Böylece, öğrenilen bilgilerin unutulmasına neden olabilir.

Örneğin, yeni bir ofiste çalışmaya başladığınız ilk iş gününü hayal edin. Henüz her şey yeni olduğu için işlenmesi gereken çok fazla veri vardır. Bu durum beyinde gürültüyü artırarak NMDA reseptörlerinin aktivasyonuna ve belleğin geçiciliğine neden olur. Ratlarda yapılan bir çalışmada bu durum taklit edildi ve LTP üzerine etkisi araştırıldı. Ratlarda LTP indüklendikten sonra, hayvanlar standart koşullarda veya zenginleştirilmiş çevrede bakıma alındı. Standart koşullarda tutulan hayvanlarda LTP daha uzun süre korunabilirken, zenginleştirilmiş çevrede nöral devrelerin yeniden modellenmesi arttığı için LTP daha kısa sürede zayıfladı. NMDA reseptör blokerleri kullanıldığında ise gürültü engellenerek LTP’nin daha uzun süre korunabilmesi sağlandı. Bu sayede, nöral devrelerin intrinsik aktivitesi belleğin geçiciliğini kontrol eden önemli bir faktör olarak karşımıza çıkar.

Belleğin geçiciliğini teşvik eden bir diğer büyük faktör yetişkin nörogenezidir. Yetişkin beyninde en azından iki bölgede yaşam boyu nörogenez devam eder: subgranüler ve subventriküler zonlarda. Hipokampüsün dentat girus bölgesinde yer alan subgranüler zonda üretilen yeni nöronlar olgunlaştıkça daha önce oluşturulan nöral bağlantılar ile yarışır ve bu bağlantılarda temsil edilen bilginin kaybolmasına yol açar. Bu özelliği ile nörogenez belleğin geçiciliğini teşvik eder. Nörogenezin artırılmasına yol açan faktörler (örn. egzersiz, zenginleştirilmiş çevre) geçiciliği artırırken, nörogenezi azaltan faktörler (örn. stres) nöral devrelerin stabilitesini artırarak belleğin kalıcılığını sağlar.

Dentat girusta nörogenezin inhibe edildiği çalışmalarda LTP’nin kontrol grubuna kıyasla daha uzun sürdüğü ortaya kondu. Farelerde korku koşullanması oluşturulan bir çalışmada ise hayvanların istemli egzersiz yapması ile hipokampal nörogenez hızı iki katına çıktı ve korku belleği kontrol grubuna kıyasla daha hızlı zayıfladı. Hipokampal nörogenez inhibe edildiğinde ise belleğin doğal zayıflama süresi uzadı. Bu bulgular nörogenez ile indüklenen, beynin yeniden modellenmesinin unutma üzerine etki ettiği düşüncesini destekler.

Dentat girustaki nörogenez ayrıca, bebeklik anılarımızı hatırlamıyor olmamızın ana nedenidir. Bebeklik amnezisi adı verilen bu olay hakkındaki yazımıza buradan ulaşabilirsiniz.

Sonuç ve Genel Perspektif

Canlıların gelecek adına isabetli kararlar alarak hayatta kalma şanslarını artıran belleğin işleyişinde unutmak, bilgileri koruyabilmek kadar önemli bir fizyolojik fonksiyondur. Daniel Schacter belleğin kusurlarını “Belleğin Yedi Günahı” (The Seven Sins of Memory) olarak 7 kategoriye ayırmıştır. Bu kusurlardan ikisi belleğin geçiciliği ve kalıcılığıdır. Belleğin kusurları, aslında canlıların bellek performansını artıran adaptatif özelliklerdir.

Geçiciliğin kontrol dışına çıkması belirsiz anıların üretilmesine yol açacakken, kalıcılığın artması durumunda bellek esnekliğini kaybedecektir. Belleğin optimum işleyişi için kalıcılık ve geçicilik arasında bir denge korunmak zorundadır. Rus nöropsikolog Alexander Luria tarafından çalışılan ünlü mnemonist Solomon Shereshevsky olayları detayları ile hatırlayabiliyordu, ancak genelleştirme becerisine sahip değildi.

Belleğin geçiciliği sayesinde beyin:

1. değişen koşullara adapte olabilir,
2. edinilen bilgilerin sadece belirli şartlara uyması halinde kullanılabilmesini genelleştirme yoluyla engelleyerek adaptasyonu artırabilir,
3. yeterli bilgiye ulaşılamayan durumlarda belleğin devamlı olarak güncellenebilmesini sağlayarak hatalı bilgilerin doğruları ile değiştirilmesini sağlayabilir.

Geçicilik nöral devrelerin stabilite ve dinamizmini kontrol eden faktörlerin kontrolü altındadır. Sürekli değişim halinde olan çevreler geçiciliği teşvik ederken, görece stabil ortamlar belleğin kalıcılığını sağlar. Üstelik, fizyolojik fonksiyonlar nörogenezi kontrol ederek geçicilik ve kalıcılık arasında denge kurulmasına katkı sağlar.

Nihayetinde, evren soğuk, karanlık, sürekli değişim halinde ve düşmancıl bir yer. Bu düşmancıl çevrede unutma fonksiyonu hayatta kalabilmek adına, beyne gerekli davranışsal esnekliği ve gelecek adına doğru kararlar alabilme becerisini sağlar.