Sinirbilim

Yeni Nöral Modelle Beynin Hafıza Bulmacasının Kilidini Açmak

Özet: Araştırmacılar, beynin öğrenme ve kalıcı anılar oluşturma yeteneğinin altında yatan sinaptik plastisitenin karmaşık mekanizmalarını aydınlatan teorik bir model geliştirdiler. Bu model, hızlı öğrenmeyi ve uzun süreli anıların pekiştirilmesini kolaylaştırmada bitişik sinaptik bağlantılar arasındaki etkileşimlerin önemli rolünü vurgulamaktadır.

Uyarıcı ve engelleyici sinapslar arasındaki işbirlikçi dinamiklere odaklanan model, bu etkileşimlerin hafıza kodlaması ve tutulması için gerekli olan sinir bağlantılarının gücüne ve stabilitesine nasıl katkıda bulunduğunu ortaya koyuyor. Bu buluş, sinaptik karşılıklı bağımlılığın kapsamlı bir şekilde anlaşılmasını sağlayarak, öğrenmeyi ve hafıza oluşumunu mümkün kılan nöronal ağ dinamikleri hakkında yeni bir bakış açısı sunuyor.

Ana unsurlar:

  1. Öğrenmenin Temeli Olarak Sinaptik Plastisite: Model, beynin öğrenme ve hafıza yeteneklerinin, nöronal aktiviteye dayalı sinaptik bağlantıları güçlendirme veya zayıflatma yeteneğine bağlı olduğu ilkesine dayanıyor.
  2. Sinaptik Etkileşimlerin Önemi: Çalışma, izole sinaptik değişikliklere ilişkin geleneksel görüşe meydan okuyarak, bitişik sinaptik etkileşimlerin bağlantı gücü ve hafıza kodlamasının belirlenmesi üzerindeki önemli etkisinin altını çiziyor.
  3. Nöronal Ağların Bütünsel Görünümü: Sinaptik karşılıklı bağımlılıkla ilgili çeşitli kuralları bir ağ modeline entegre eden araştırma, beynin esneklik mekanizmalarının mikro ölçekte nasıl çalıştığına dair incelikli bir anlayış sağlayarak öğrenme ve hafıza süreçlerini optimize ediyor.

Kaynak: Basel Üniversitesi

Basel Üniversitesi’nden bir araştırmacı, Avusturya’daki bir meslektaşıyla işbirliği yaparak beynimizin nasıl hızlı öğrenmeyi başardığına ve istikrarlı, uzun süreli anılar oluşturduğuna dair bütünsel bir bakış açısı sağlayan yeni bir model geliştirdi..

Çalışmaları, sinir hücrelerinin komşu temas bölgeleri arasındaki etkileşimlerin beyin plastisitesinde (beynin yeni deneyimlere uyum sağlama yeteneği) önemli rolüne ışık tutuyor.

1949 yılında Kanadalı psikolog Donald O. Hebb, nöronlar aynı anda aktif olduğunda nöronlar arasındaki bağlantıların güçlendiğini ve güçlenen bağlantıların sinyal iletimini kolaylaştırdığını açıkladı. Beynimizin nöronlar arasındaki bağlantıları değiştirme yeteneği, öğrenme ve hafıza için temeldir.

Basel Üniversitesi Biozentrum’dan Dr. Everton Agnes şöyle açıklıyor: “Uzun süredir bu adaptasyonların çoğunlukla belirli sinapslarda, yani iki nöron arasındaki temas bölgelerinde bire bir gerçekleştiği varsayılıyor.”

“İlginç bir şekilde, değişime uğrayan sinapslar aynı zamanda birden fazla komşu sinapsı da etkiliyor.” Bu karmaşık sinaptik etkileşimlerin deneysel olarak araştırılması zor olduğundan, Avusturya Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nden Agnes ve meslektaşı Prof. Tim Vogels, karşılıklı bağımlılık olarak da bilinen bu olguyu çözmek için teorik bir model geliştirdiler.

Çalışmaları yakın zamanda yayınlandı “Doğa Sinirbilimi”.

Sinaptik esneklik: Beynin öğrenme yöntemi

Hepimiz bunu okul zamanlarımızdan biliyoruz: Tekrar tekrar yeni kelimeler öğrenirken, onları daha iyi hatırlayabilirsiniz. Bunun nedeni, bu bilginin işlenmesinde görev alan nöronların zamanla birbirleriyle daha güçlü bağlantılar kurmasıdır.

Sinaptik bağlantılardaki bu değişiklikler (güçlenen veya zayıflayan) sinaptik esneklik olarak bilinir. Bu şekilde beyin, yeni depolamak veya ilgisiz bilgileri (öğrenme ve hafızanın temeli) kaldırmak için nöron ağını sürekli olarak günceller.

Nöronlar çoğunlukla uyarıcı ve engelleyici sinapslarla bağlanır. Uyarıcı sinapslar bir sinyal iletirken, inhibitör sinapslar sinyal iletimini azaltır.

Agnes, “Farklı sinaps türleri yalnızca bağımsız olarak çalışmaz, bunun yerine komşu sinapslar birbirini etkileyerek nöronal bağlantıların gücünü ve stabilitesini şekillendirir” diyor.

“Modelimizle, örneğin komşu uyarıcı sinapslar arasındaki etkileşimlerin, anıların nasıl kodlandığıyla bağlantılı olarak bağlantıların gücünü belirlediğini ortaya koyabiliriz.”

Tamamlayıcı, engelleyici sinapslar, uyarıcı sinaptik değişikliklerin uzun süreli stabilitesini sağlar ve anılar tek bir maruziyetten sonra öğrenildiğinde, tek seferlik öğrenme için gerekli mekanizmayı sağlar.

Nöron ağ dinamiklerine bütünsel bakış

Komşu sinapslar arasındaki ince ayarlı etkileşim, hızlı öğrenmenin yanı sıra uzun süreli anıların oluşması için de çok önemlidir.

Agnes, “Sinaptik karşılıklı bağımlılığa ilişkin geniş bir dizi kuralı ağ modelimize entegre ederek, beyin esnekliğinin altında yatan mekanizmalar hakkında daha bütünsel bir bakış açısı sağlıyoruz” diye vurguluyor.

Çalışma, komşuluk etkileşimlerinin önemini vurguluyor ve mikro ölçekte beyindeki sinir ağlarının dinamikleri ve optimizasyonuna ilişkin yeni bilgiler sağlıyor.

Bu hafıza, öğrenme ve sinaptik plastisite araştırma haberi hakkında

Soyut

Birlikte bağımlı uyarıcı ve engelleyici esneklik, biyolojik ağlarda hızlı, istikrarlı ve uzun süreli anıların oluşmasını sağlar

Beynin işlevselliği sinaptik esneklik yoluyla geliştirilir ve korunur. Sinapslar plastisiteye uğradıkça birbirlerini de etkilerler. Böyle bir ‘karşılıklı bağımlılığın’ doğasını deneysel olarak çözmek zordur çünkü birden fazla sinapsın aynı anda izlenmesi gerekir.

Deneysel olarak gözlemlenen fenomeni anlamaya yardımcı olmak için, farklı bağlantı türleri arasındaki sinaptik karşılıklı bağımlılığı resmileştiren bir çerçeve sunuyoruz. Ortaya çıkan model, komşu uyarıcı-uyarıcı etkileşimlerin uzun vadeli güçlenmenin gücünü belirlerken, inhibisyonun uyarıcı plastisiteyi nasıl kapatabildiğini açıklıyor.

Ayrıca, uyarıcı ve engelleyici sinapslar arasındaki etkileşimin, oryantasyon ayarı ve ortak aktif sinapsların dendritik kümelenmesi gibi çeşitli sinaptik ağırlık profillerinin hızlı yükselişini ve uzun vadeli stabilitesini nasıl açıklayabildiğini gösteriyoruz. Tekrarlayan nöron ağlarında, birbirine bağımlı esneklik, yüksek girdi duyarlılığına sahip, zengin ve kararlı motor korteks benzeri dinamikler üretir.

Sonuçlarımız, öğrenme sırasında komşu sinaptik etkileşimin, mikro düzeydeki fizyolojiyi ağ çapındaki olaylara bağlamanın önemli bir rol oynadığını ortaya koyuyor.

Kaynak ve İleri Okuma: https://neurosciencenews.com/synaptic-plasticity-memory-learning-25789/

İlgili Makaleler

Başa dön tuşu