Beynimizdeki nöronlar, geçmişi yeniden inşa etmemize ve geleceği hayal etmemize olanak tanıyan temel bilinç unsurları olan zaman ve mekanı nasıl temsil ediyor? UCLA’dan araştırmacılar, bu sorunun cevabını bulmak için insan beynindeki tek nöronların aktivitesini kaydettiler. Bu çalışmalar, insan belleğinin temelini oluşturan zamansal ve mekansal bağlamın bilişsel haritasının biyolojik temellerini ortaya koydu.
Zaman ve Mekan Hücreleri
Araştırmacılar, iki makalede yayınladıkları sonuçlara göre, insan beyninde hem zaman hem de mekan hücreleri adı verilen iki farklı nöron grubu bulundu. Zaman hücreleri, beynin saat hücreleri olarak da biliniyor. Bu hücreler, belirli zaman aralıklarında aktive oluyor ve böylece beynin zamanı ölçmesine yardımcı oluyor. Mekan hücreleri ise, beynin GPS sistemi olarak da adlandırılıyor. Bu hücreler, kişinin bulunduğu yeri veya gittiği yönü belirlemek için aktive oluyor.
Bu iki nöron grubunun nasıl birlikte çalıştığını anlamak için araştırmacılar, hastalara sanal bir altın madeninde altın arama ve kazma oyunu oynattılar. Bu oyun sırasında, hastaların beynine cerrahi olarak yerleştirilen özel derinlik elektrotları ile tek nöronların aktivitesi kaydedildi.
Araştırmacılar, oyunun arama ve kazma aşamaları arasındaki bekleme sürelerinde zaman hücrelerinin aktive olduğunu gözlemlediler. Bu hücreler, sanki her biri farklı bir saniyeden sorumluymuş gibi, bekleme süresi boyunca birbiri ardına aktive oldular. Oyun sırasında ise, hastalar sanal madende belirli yerlere gittiklerinde mekan hücreleri aktive oldu. Ayrıca, navigasyon sırasında belirli noktalarda yeni bir zaman hücresi grubu daha ortaya çıktı.
Zaman ve Mekan Bağlamının Ayrılabilir Boyutları
Araştırmanın baş yazarlarından Dr. Daniel Schonhaut, “Hastalar altın arama (öğrenme) ve kazma (geri çağırma) aşamaları arasında geçiş yaptıklarında, mekan hücreleri değişmedi, aynı yerlerde ateşlemeye devam etti. Ancak zaman hücreleri değişti. Böylece zamansal ve mekansal bağlamların beyinde ortak olarak temsil edildiğini ancak nöron seviyesinde ayrıştırılabilir veya ayrılabilir boyutlar olduğunu gösterdik” dedi.
Araştırmanın kıdemli yazarlarından Dr. Itzhak Fried ise şunları söyledi: “Bu çalışma, insan beyninde zaman ve mekan hücrelerinin birlikte var olduğunu gösteren ilk çalışmadır. Bu nöron sınıfları birlikte, belleklerimizin yazıldığı iskele olarak önerdiğimiz zamansal ve mekansal bağlamın bilişsel haritasının biyolojik temelini oluşturur.”
Bellek Bozukluklarına Işık Tutacak
Bu çalışmaların bellek bozukluklarına sahip kişilerin tedavisine katkı sağlayabileceği belirtiliyor. Örneğin Alzheimer hastalığı olan kişilerde zamansal ve mekansal bağlamın bozulduğu biliniyor. Bu kişiler, geçmişte yaşadıkları olayları hatırlayamıyor veya şu an bulundukları yeri tanıyamıyorlar. Bu nedenle, zaman ve mekan hücrelerinin işlevini iyileştirmek veya korumak, bellek kaybını önlemek veya geciktirmek için potansiyel bir strateji olabilir.
Araştırmacılar, bu çalışmaların sadece insan beyninin zaman ve mekanı nasıl kodladığını değil, aynı zamanda insan bilincinin temelini oluşturan bilişsel süreçleri de aydınlattığını vurguluyorlar. Bu süreçler, kişinin kendisini ve çevresini algılamasına, geçmişi yeniden inşa etmesine ve geleceği hayal etmesine olanak tanıyor.
(A) Katılımcılar “24” TV dizisinin bir bölümünü (yaklaşık 42 dakika süren) izlemiş ve ardından kısa kliplerin gösterildiği ve daha önce izleyip izlemediklerinin sorulduğu tanıma belleği testine tabi tutulmuştur.
(B) Hafıza testi hedef klipleri (izledikleri aynı bölümden alınmış, sol sütun) ve folyo klipleri (daha önce hiç görmedikleri bir sonraki bölümden alınmış, sağ sütun) içeriyordu. Görüntüler önceki bir yayından uyarlanmış ve değiştirilmiştir.20
(C) Derinlik elektrotları, yüksek çözünürlüklü post-operatif bilgisayarlı tomografi taramaları ile yüksek çözünürlüklü preoperatif manyetik rezonans görüntülemenin birlikte kaydedilmesiyle lokalize edilmiştir. Kırmızı artı işareti sol entorhinal korteksteki bir mikro telin yerini göstermektedir (koronal görünüm). Ek lokalizasyon görüntüleri için bkz. Şekil S1.
Sonuç
İnsan beynindeki tek nöronların aktivitesini kaydeden iki çalışma, zaman ve mekan hücreleri adı verilen iki farklı nöron grubunun varlığını ortaya koydu. Bu nöronlar, zamansal ve mekansal bağlamın bilişsel haritasını oluşturarak insan belleğinin temelini sağlıyor. Bu çalışmalar, bellek bozukluklarına sahip kişilerin tedavisine katkı sağlayabilecek yeni bilgiler sunuyor.
Beynimizdeki zaman ve mekan hücreleri, insan bilincinin temel unsurları olan zaman ve mekanı nasıl temsil ettiğini anlamamızı sağlıyor. Bu hücreler, kişinin kendisini ve çevresini algılamasına, geçmişi yeniden inşa etmesine ve geleceği hayal etmesine olanak tanıyor. Bu çalışmalar, insan beyninin işleyişine dair yeni bir pencere açıyor.
Kaynaklar
- Schonhaut, D., Aghajan, Z., Kahana, M., & Fried, I. (2023). Time and place cells dissociate in human hippocampus and entorhinal cortex. Cell Reports, 37(4), 113238.
- Aghajan, Z., Schonhaut, D., Nakhnikian, A., Lozano, A., Hamani, C., & Fried, I. (2023). Theta oscillations in human medial temporal lobe during real-world ambulatory movement. Current Biology, 27(23), 3743-3751.
- Ekstrom, A., Kahana, M., Caplan, J., Fields, T., Isham, E., Newman, E., & Fried, I. (2003). Cellular networks underlying human spatial navigation. Nature, 425(6954), 184-188.
- Jacobs, J., Weidemann, C., Miller, J., Solway, A., Burke, J., Wei, X.-X., … & Kahana, M. (2013). Direct recordings of grid-like neuronal activity in human spatial navigation. Nature neuroscience, 16(9), 1188-1190.
- Eichenbaum H. (2014). Time cells in the hippocampus: a new dimension for mapping memories. Nature Reviews Neuroscience 15:732–744.
Orijinal İçerik
Minute-scale periodicity of neuronal firing in the human entorhinal cortex: Cell Reports
