Nörobilimde en büyük sorulardan biri, hafızamızın beyinde nasıl oluştuğu ve saklandığı sorusudur. Mayıs ayında yayınlanan bir çalışma, beynin ön korteksindeki spesifik sinir hücrelerinin uyarılmasıyla tanıma hafızasının yapay olarak güçlendirilebileceğini gösterdi.
Çalışmada genetiği değiştirilmiş hayvanlarda sinir hücrelerini ışıkla uyarabilen bir teknoloji kullanıldı. “Optogenetik” ismi verilen bu teknoloji, bir süredir hafızanın çeşitli boyutlarını araştırmada kullanılıyor.
Optogenetik alanına öncülük eden çalışmalardan biri 2012 yılında MIT’de (Massachusetts Institute of Technology) yürütülmüştü. Bu çalışmada, uzun süreli hafızanın beyinde hangi hücreler tarafından oluşturulduğuyla ilgili kayda değer sonuçlar elde edilmişti.
KORKU HAFIZASI FAREYE 'HATIRLATILMIŞTI'
Daha önceki çalışmalarda, beyindeki “hipokampus” adlı bölgenin hücrelerinin uzun süreli hafızaya alınan eylemlerde aktivite gösterdiği gösterilmişti. 2012’de yapılan çalışmada ise amaç, spesifik olarak hangi hücrelerin uzun süreli hafızayı oluşturan durumlarla aktif haline geldiğini göstermekti. Araştırmacılar ayrıca bu hücrelerin uyarılarak aktif edilmesi durumunda hafızada saklanmış aynı davranışın ortaya çıkıp çıkmayacağını görmek istediler.
Bu amaçla yapılan deneylerde kullanılan mutant (genetiği değiştirilmiş) fareler, hafıza hücreleri aktif olduğunda floresan ışıma yapacak şekilde tasarlandılar. Önce bu farelere bir uyarıcı (örneğin spesifik bir ses tonu) verilip hemen ardından hafif elektriksel şok uygulandı. Böylece uyarıcıyı duyduklarında korku duygusu oluşması tetiklendi. Bu bir süre tekrar edildikten sonra, farelerin sadece uyarıcıyı duyduklarında hareketsizleştikleri ve hipokampus hücrelerinin aktif hale geldiği görüldü.
Daha sonra aynı hipokampüs hücrelerinin, herhangi bir korku uyandırıcı uyarıcı olmaksızın uyarılması için optogenetik metotlar kullanıldı. Bu uygulamada hücreler genetik olarak yeniden tasarlandı ve lazer ile hücrelerin aktif hale gelmeleri sağlandı. Hücreler aktifleştirildiğinde ise, farelerin korku kaynaklı davranışlarını tekrarladıkları görüldü. Böylece bu hücrelerin uyarılmalarına neden olan ani korku ya da şok durumunu hafızaya aldıkları gösterilmiş oldu.
Dört yıl önceki bu çalışma, hafızanın nasıl beyin hücrelerinde saklandığını göstermek açısından umut vericiydi. Bunu takip eden çalışmalarda beynin farklı bölgelerinde saklanan farklı hafıza tipleri araştırılmaya devam etti.
KISA SÜRELİ HAFIZA OLUŞUMU 'UYARILDI'
Bu yıl Mayıs ayında İngiltere’de Bristol’den bir grubun yayınladığı bir çalışmada ise bu sefer kısa süreli tanıma hafızası sıçanlar kullanılarak incelendi. Bu tip hafızanın beynin ön korteksinde üretildiği biliniyordu. Araştırmacılar sıçanların genlerini, yalnızca ön korteksin özel (“glutamaterjik”) sinir hücrelerinin ışıkla uyarılacağı şekilde değiştirdiler.
Bu deneyde sıçanlar, bir dizi farklı renk ve biçimde nesnenin olduğu bir ortama konuyor. Sıçanlar doğal merak güdüleriyle nesneleri teker teker yokluyorlar. Sıçanlar 3 dakika ortamda tutulup sonra alınıyorlar. Ortama yeni nesneler konuyor; ama eskilerin de bir kısmı tekrar konuyor. Sıçanlar 5 dakika sonra ortama tekrar konuyor ve nesneleri keşfetmelerine izin veriliyor.
Sıçanlar, daha önce yokladıkları nesneleri mi, yoksa yenilerini mi yoklayacaklar? Bunu hayvanların kısa süreli tanıma hafızasının gelişkinliği belirliyor.
Araştırmacıların hipotezi, ön korteksteki sinirlerin uyarılmasıyla kısa süreli hafızanın güçleneceğiydi. Yani sıçanların daha önce yokladıklarını nesneleri hatırlayıp, onlara gitmek yerine yenilerine yöneleceklerini tahmin ettiler.
Gerçekten de ışıkla sinirleri uyarılan sıçanların tanıma yetisi, kontrol grubuna göre güçlendi. Uyarılan sıçanlar daha önce yokladıkları nesneleri değil yenilerini yoklamayı tercih ettiler.
Ekip, sinirleri ilaçla uyararak hafızayı güçlendirmeyi de denedi, ama bu etkili olmadı. Buna dayanarak yazarlar, ön kortekste hafızayı güçlendirmek için spesifik uyarımın gerekli olacağı sonucuna ulaşıyorlar.
Bu çalışmaların önemli bir sonucu, hafıza dediğimiz şeyin fiziksel bir olgu olduğunu tekrar tekrar ispat etmeleri. Bu sayede sinir sistemi ve hafızayı ilgilendiren hastalıkların daha iyi anlaşılması mümkün. Hala akılları kurcalayan soruysa, eğer hafıza dediğimiz şey hücrelerde saklanabilen fiziksel bir olguysa, bunun hücrelere ne şekilde kodlandığı. Hafıza hücreleri manipüle edilerek programlı bir şekilde yeni hafıza yaratmak ya da belirli hücreler yok edilerek bir anıyı silmek mümkün olabilir mi? Çalışmalar devam ettikçe, bu sorulara yanıt bulmak olası görünüyor.
Beyin hücrelerinin manipülasyonu ve kafatasına delik açarak beyin hücrelerinin lazer yardımıyla uyarılması gibi teknikleri insanlarda uygulamak şu anda pratik ve etik nedenlerden ötürü mümkün görünmüyor. Ancak ileride, hem hafıza üretimi süreçlerini anlamak hem de bunları gerekirse güçlendirmek için insanda da kullanılabilecek zararsız teknolojiler geliştirilebilir.
Kaynaklar:
Liu, X., Ramirez, S., Pang, P. T., Puryear, C. B., Govindarajan, A., Deisseroth, K., & Tonegawa, S. (2012). “Optogenetic stimulation of a hippocampal engram activates fear memory recall”. Nature, 484(7394), 381–385. doi:10.1038/nature11028
Benn A, Barker GR, Stuart SA, Roloff EV, Teschemacher AG, Warburton EC, Robinson ES. (2016) “Optogenetic Stimulation of Prefrontal Glutamatergic Neurons Enhances Recognition Memory” Journal of Neuroscience, 4;36(18):4930-9. doi: 10.1523/JNEUROSCI.2933-15.2016.
Sebastian Anthony (2012), “MIT discovers the location of memories: Individual neurons” (extremetech.com)