Sinirbilim

Zaman Hücreleri Karmaşık Görevlerin Öğrenilmesinde Anahtar Rol Oynar

Özet: Yeni araştırmalar, hassas zamanlama gerektiren karmaşık davranışları öğrenmek için hayati önem taşıyan beyindeki “zaman hücrelerinin” yalnızca basit zaman tutucular olmadığını ortaya koyuyor. Bu hücreler, fareler farklı zamanlanmış olaylar arasında ayrım yapmayı öğrendikçe ateşleme düzenlerini uyarlarlar; bu da zamansal bilginin işlenmesinde daha karmaşık bir rol olduğunu düşündürür. Bu keşif Alzheimer gibi nörodejeneratif hastalıkların erken teşhisine yardımcı olabilir.

Ana unsurlar:

  • Zaman hücreleri, kısa zaman dilimlerini haritalandırmak için sırayla ateşlenir.
  • Fareler karmaşık zamana dayalı görevleri öğrendikçe bu hücreler aktivite düzenlerini değiştirir.
  • Zaman hücreleri öğrenme için gereklidir ancak basit zaman algısı için gerekli değildir.

Kaynak: Utah Üniversitesi

Zaman duygusu, dünyayı nasıl anladığımız, hatırladığımız ve onunla nasıl etkileşime girdiğimiz konusunda temeldir. Sohbet etmekten araba kullanmaya kadar çeşitli görevler, işlerin ne kadar sürdüğünü hatırlamamızı ve algılamamızı gerektirir; karmaşık ama büyük ölçüde bilinçsiz bir hesaplama, sürekli olarak düşüncelerimizin yüzeyinin altında çalışır.

Utah Sağlık Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, farelerde zamanlamanın kritik olduğu karmaşık davranışları öğrenmek için belirli bir “zaman hücresi” popülasyonunun gerekli olduğunu buldu. Bir saatin saniye ibresi gibi, zaman hücreleri de kısa zaman dilimlerini haritalandırmak için sırayla ateşlenir.

Bu bir beyni gösterir.
Araştırmacılara göre daha fazla araştırmaya ihtiyaç duyulsa da bu sonuçlar beynin uzay ve zamanı temelde benzer şekillerde işleyebileceğini gösteriyor. Kredi: Nörobilim Haberleri

Ancak araştırmacılar, zaman hücrelerinin sadece basit bir saat olmadığını, hayvanlar farklı zamanlanmış olaylar arasında ayrım yapmayı öğrendikçe, zaman hücresi aktivitesinin modelinin, her olay modelini farklı şekilde temsil edecek şekilde değiştiğini buldu. Bu keşif, Alzheimer gibi zaman duygusunu etkileyen nörodejeneratif hastalıkların erken tespitine yardımcı olabilir.

Yeni çalışma şu adreste yayınlandı: Doğa Sinir Bilimi.

Fare kodu

Karmaşık bir zamana dayalı öğrenme görevini gelişmiş beyin görüntülemeyle birleştiren araştırmacılar, fareler öğrendikçe zaman hücresi aktivitesi kalıplarının daha karmaşık hale geldiğini izleyebildiler. Araştırmacılar ilk olarak olayların zamanlamasındaki farklılıkları öğrenmenin kritik olduğu bir deneme düzenlediler. Bir ödül almak için farelerin, sanki Mors alfabesinin çok basit bir biçimini öğreniyormuşçasına, değişken zamanlamaya sahip bir koku uyaranının kalıplarını ayırt etmeyi öğrenmesi gerekiyordu.

Fareler öğrenmeden önce ve sonra, araştırmacılar bireysel zaman hücrelerinin ateşlenmesini gerçek zamanlı olarak izlemek için son teknoloji mikroskopiyi kullandılar. İlk başta, zaman hücreleri her türlü koku uyaranına aynı şekilde tepki verdi. Ancak farklı zamanlanmış uyarı modellerini öğrendikçe fareler, her olay modeli için farklı zaman hücresi aktivitesi modelleri geliştirdi.

Özellikle, farelerin yanlış yaptığı denemeler sırasında araştırmacılar, zaman hücrelerinin sıklıkla yanlış sırada ateşlendiğini görebildiler; bu da, zaman hücresi aktivitesinin doğru sırasının, zamana dayalı görevleri gerçekleştirmek için kritik öneme sahip olduğunu ortaya koydu.

Utah Üniversitesi Spencer Fox Eccles Tıp Fakültesi’nde nörobiyoloji alanında doktora sonrası araştırmacı ve çalışmanın ortak yazarı Hyunwoo Lee, “Zaman hücrelerinin deneme sırasında belirli anlarda aktif olması gerekiyor” dedi.

“Fakat fareler hata yaptığında bu seçici aktivite karmaşık hale geldi.”

Sadece bir kronometre değil

Nörobiyoloji alanında yüksek lisans araştırma asistanı ve araştırmanın ortak yazarlarından Erin Bigus, şaşırtıcı bir şekilde, zaman hücrelerinin sadece zamanı takip etmekten daha karmaşık bir rol oynadığını söyledi.

Araştırmacılar, zaman hücrelerini içeren beyin bölgesi olan medial entorhinal korteksin (MEC) aktivitesini geçici olarak bloke ettiğinde, fareler hala olayların zamanlamasını algılayabiliyor ve hatta tahmin edebiliyordu. Ancak zamanla ilgili karmaşık görevleri sıfırdan öğrenemediler.

Bigus, “MEC, herhangi bir basit durumda zamanı izlemek için gerekli olan gerçekten basit bir kronometre gibi davranmıyor” dedi. “Rolü aslında bu daha karmaşık zamansal ilişkileri öğrenmek gibi görünüyor.”

Şaşırtıcı bir şekilde, MEC hakkında daha önce yapılan araştırmalar, onun aynı zamanda mekansal bilginin öğrenilmesinde ve “zihinsel haritaların” oluşturulmasında da rol oynadığını ortaya çıkardı. Yeni çalışmada araştırmacılar, zamana dayalı görevleri öğrenirken ortaya çıkan beyin aktivitesi kalıplarının, mekansal öğrenmeyle ilgili daha önce gözlemlenen kalıplarla bazı benzerlikler gösterdiğini fark ettiler; Her iki modelin yönleri, hayvan aktif olarak öğrenmediğinde bile devam eder.

Araştırmacılara göre daha fazla araştırmaya ihtiyaç duyulsa da bu sonuçlar beynin uzay ve zamanı temelde benzer şekillerde işleyebileceğini gösteriyor.

Nörobiyoloji alanında yardımcı doçent ve çalışmanın kıdemli yazarı James Heys, “Entorhinal korteksin hem mesafeyi izlemek için bir kilometre sayacı hem de geçen zamanı izlemek için bir saat olarak hareket ederek ikili bir amaca hizmet edebileceğine inanıyoruz” dedi.

Bunlar beynin Alzheimer gibi nörodejeneratif hastalıklardan etkilenen ilk alanlarıdır. Karmaşık zamanlama davranışı görevlerinin Alzheimer hastalığının erken başlangıcını tespit etmede yararlı bir yol olup olamayacağını araştırmakla ilgileniyoruz.” – James Heys

Araştırmacılar, beynin zamanı nasıl işlediğini öğrenmenin sonuçta Alzheimer gibi nörodejeneratif hastalıkların saptanmasına yardımcı olabileceğini söylüyor. MEC, Alzheimer’ın beyinde etkilediği ilk alanlardan biri; bu da karmaşık zamanlama görevlerinin potansiyel olarak hastalığı erken yakalamanın bir yolu olabileceğine işaret ediyor.

Finansman: Destek Whitehall Vakfı, Beyin ve Davranış Araştırma Vakfı, Ulusal Sağlık Enstitüleri ve Ulusal Bilim Vakfı tarafından sağlandı.

Bu sinir bilimi ve öğrenme araştırması haberleri hakkında

Soyut

Medial entorhinal korteks, bağlama bağlı aralık zamanlama davranışının öğrenilmesine aracılık eder

Olaysal bellek, deneyimin zamansal yapısının kodlanmasını gerektirir ve medial entorhinal korteks (MEC) dahil olmak üzere medial temporal lobdaki beyin devrelerine dayanır. Son araştırmalar, aralıklı zamanlama görevleri sırasında belirli anlarda ateşlenen ve toplu olarak tüm zamanlama periyodunu döşeyen MEC ‘zaman hücrelerini’ tanımladı.

MEC zaman hücrelerinin epizodik anılar için gerekli zamansal bilgiyi sağlayabileceği hipotezi öne sürülüyor ancak farklı zamansal bağlamları kodlamak için gerekli öğrenme dinamiklerini gösterip göstermedikleri bilinmiyor. Bunu araştırmak için farelerin zamansal bağlamları ayırt etmesini gerektiren yeni bir davranışsal paradigma geliştirdik.

Hücresel çözünürlükte kalsiyum görüntüleme yöntemleriyle birleştirildiğinde, MEC zaman hücrelerinin görev öğrenmeyle ortaya çıkan bağlama bağlı sinirsel aktivite sergilediğini bulduk.

Kemogenetik etkisizleştirme yoluyla, bağlama bağlı aralık zamanlama davranışının öğrenilmesi için MEC aktivitesinin gerekli olduğunu bulduk. Son olarak, MEC’de hem zaman hücrelerinin hem de uzaysal olarak seçici nöronların sıralı aktivitesini yönlendirebilecek ortak bir devre mekanizmasının kanıtını bulduk.

Çalışmamız, MEC zaman hücrelerinin saat benzeri ateşlemesinin öğrenme yoluyla modüle edilebileceğini ve deneyim yoluyla ortaya çıkan çeşitli zamansal yapıların izlenmesine olanak sağladığını ileri sürüyor.

Kaynak ve İleri Okuma: https://neurosciencenews.com/time-cells-learning-26346/

İlgili Makaleler

Başa dön tuşu