Yenilikler

Bir yeri düşünmek bile beyindeki zihinsel haritaları harekete geçiriyor

İşe ya da markete gitmek için her zamanki rotanızda giderken beyniniz, hipokampus ve entorhinal korteksinizde depolanan bilişsel haritaları devreye sokar. Bu haritalar, gittiğiniz yollar ve daha önce gittiğiniz yerler hakkındaki bilgileri saklar, böylece oraya her gittiğinizde gezinebilirsiniz.

MIT’nin yeni araştırması, bu tür zihinsel haritaların, herhangi bir fiziksel hareket veya duyusal girdi olmadan yalnızca deneyim dizilerini düşündüğünüzde de yaratıldığını ve etkinleştirildiğini buldu. Hayvanlar üzerinde yapılan bir araştırmada araştırmacılar, entorhinal korteksin, hayvanların bir dizi görüntüye göz atmak için joystick’i kullanırken neler deneyimlediğine dair bilişsel bir harita barındırdığını buldu. Bu bilişsel haritalar daha sonra, görüntüler görünür olmasa bile bu diziler hakkında düşünürken etkinleştirilir.

Bu, entorhinal korteksteki bilişsel bir haritanın aktivasyonu yoluyla uzaysal olmayan bir alanda zihinsel simülasyon ve hayal gücünün hücresel temelini gösteren ilk çalışmadır.

Doçent Mehrdad Jazayeri, “Bu bilişsel haritalar, herhangi bir duyusal girdi veya motor çıktı olmadan, zihinsel navigasyonu gerçekleştirmek için kullanılıyor. Hayvanın bu deneyimleri zihinsel olarak yaşadığını gösteren bu haritanın imzasını görebiliyoruz” diyor. Beyin ve Bilişsel Bilimler Uzmanı, MIT McGovern Beyin Araştırmaları Enstitüsü üyesi ve çalışmanın kıdemli yazarı.

McGovern Enstitüsü Araştırma Bilimcisi Sujaya Neupane, makalenin baş yazarıdır. Doğa. MIT’de beyin ve bilişsel bilimler profesörü, MIT’nin McGovern Beyin Araştırmaları Enstitüsü üyesi ve K. Lisa Yang Bütünleştirici Hesaplamalı Sinirbilim Merkezi’nin yöneticisi olan Ila Fiete de makalenin yazarıdır.

Zihinsel haritalar

Hayvan modellerinde ve insanlarda yapılan çok sayıda çalışma, fiziksel konumların temsillerinin, denizatı şeklindeki küçük bir yapı olan hipokampusta ve yakındaki entorhinal kortekste depolandığını göstermiştir. Bu temsiller, bir hayvan daha önce bulunduğu bir mekanda hareket ettiğinde, o mekanı geçmeden hemen önce veya uykudayken etkinleşir.

Jazayeri, “Önceki çalışmaların çoğu, bir hayvan fiziksel olarak uzayda hareket ederken bu alanların çevrenin yapılarını ve ayrıntılarını nasıl yansıttığına odaklanmıştı” diyor. “Bir hayvan bir odada hareket ettiğinde, duyusal deneyimleri hipokampus ve entorhinal korteksteki nöronların aktivitesi tarafından güzel bir şekilde kodlanır.”

Yeni çalışmada, Jazayeri ve meslektaşları bu bilişsel haritaların aynı zamanda inşa edilip edilmediğini ve daha sonra tamamen zihinsel geçişler sırasında veya uzaysal olmayan alanlar boyunca hareketin hayal edilmesi sırasında kullanılıp kullanılmadığını araştırmak istediler.

Bu olasılığı araştırmak için araştırmacılar, hayvanları, düzenli zamansal aralıklarla yerleştirilmiş bir dizi görüntü (“yer işaretleri”) boyunca bir yolu takip etmek için bir joystick kullanacak şekilde eğitti. Eğitim sırasında hayvanlara yalnızca görüntü çiftlerinin bir alt kümesi gösterildi, ancak tüm çiftler gösterilmedi. Hayvanlar eğitim çiftleri arasında gezinmeyi öğrendikten sonra araştırmacılar, hayvanların daha önce hiç görmedikleri yeni çiftlerle başa çıkıp çıkamayacağını test etti.

Bir olasılık, hayvanların dizinin bilişsel haritasını öğrenmemesi ve bunun yerine görevi bir ezberleme stratejisi kullanarak çözmesidir. Eğer öyleyse, yeni çiftlerle mücadele etmeleri bekleniyor. Bunun yerine, eğer hayvanlar bilişsel bir haritaya güvenecek olsaydı, bilgilerini yeni çiftlere genelleyebilmeleri gerekirdi.

Jazayeri, “Sonuçlar kesindi” diyor. “Hayvanlar, test edildikleri ilk andan itibaren yeni görüntü çiftleri arasında zihinsel olarak gezinebiliyordu. Bu bulgu, bilişsel bir haritanın varlığına dair güçlü davranışsal kanıtlar sağladı. Peki beyin böyle bir haritayı nasıl oluşturuyor?”

Bu soruyu yanıtlamak için araştırmacılar, hayvanlar bu görevi gerçekleştirirken entorhinal korteksteki tek nöronlardan kayıt yaptılar. Nöral tepkilerin çarpıcı bir özelliği vardı: Hayvanlar iki yer işareti arasında gezinmek için joystick’i kullanırken, nöronlar araya giren yer işaretlerinin zihinsel temsiliyle ilişkili belirgin aktivite artışları gösterdi.

Jazayeri, “Beyin, araya giren görüntülerin hayvanın gözünden geçeceği beklenen zamanda, bu aktivite dalgalanmalarından geçiyor, ki bunu asla yapmadılar” diyor. “Ve bu çarpmalar arasındaki zamanlama, kritik olarak, hayvanın bu çarpmaların her birine ulaşmasını beklediği zamanlamaydı; bu durumda bu süre 0,65 saniyeydi.”

Araştırmacılar ayrıca zihinsel simülasyonun hızının hayvanların görevdeki performansıyla ilişkili olduğunu da gösterdi: Görevi biraz geç veya erken tamamladıklarında, beyin aktiviteleri zamanlamada buna karşılık gelen bir değişiklik gösterdi. Araştırmacılar ayrıca entorhinal korteksteki zihinsel temsillerin, görüntülerin belirli görsel özelliklerini değil, yer işaretlerinin sıralı düzenlemesini kodladığına dair kanıtlar buldular.

Bir öğrenme modeli

Bu bilişsel haritaların nasıl çalışabileceğini daha fazla araştırmak için araştırmacılar, buldukları beyin aktivitesini taklit edecek ve bunun nasıl oluşturulabileceğini gösterecek bir hesaplamalı model oluşturdular. Sürekli çekici modeli olarak bilinen ve başlangıçta entorhinal korteksin, bir hayvanın hareket ederken konumunu duyusal girdiye dayalı olarak nasıl takip ettiğini modellemek için geliştirilen bir model türünü kullandılar.

Araştırmacılar, duyusal girdiyle oluşturulan aktivite modellerini öğrenebilen bir bileşen ekleyerek modeli özelleştirdiler. Bu model daha sonra, duyusal girdi olmadığında bu deneyimleri yeniden yapılandırmak için bu kalıpları kullanmayı öğrenebildi.

Jazayeri, “Eklememiz gereken temel unsur, bu sistemin duyusal girdilerle iletişim kurarak çift yönlü öğrenme kapasitesine sahip olmasıdır. Modelin geçirdiği ilişkisel öğrenme yoluyla, aslında bu duyusal deneyimleri yeniden yaratacaktır” diyor.

Araştırmacılar şimdi, yer işaretlerinin eşit aralıklı olmaması veya halka şeklinde düzenlenmesi durumunda beyinde ne olacağını araştırmayı planlıyor. Ayrıca hayvanlar navigasyon görevini yerine getirmeyi öğrenirken hipokampus ve entorhinal korteksteki beyin aktivitesini kaydetmeyi de umuyorlar.

Jazayeri, “Yapının hafızasının zihinde kristalleştiğini ve bunun ortaya çıkan sinirsel aktiviteye nasıl yol açtığını görmek, öğrenmenin nasıl gerçekleştiğini sormanın gerçekten değerli bir yoludur” diyor.

Araştırma, Kanada Doğa Bilimleri ve Mühendislik Araştırma Konseyi, Québec Araştırma Fonları, Ulusal Sağlık Enstitüleri ve Paul ve Lilah Newton Beyin Bilimi Ödülü tarafından finanse edildi.

Kaynak ve İleri Okuma: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/06/240612113244.htm

İlgili Makaleler

Başa dön tuşu