Beyindeki zaman hücreleri düşündüğümüzden daha kritik

ABD’deki Utah Üniversitesi’nden bir ekip tarafından yapılan bu keşif, Alzheimer gibi zaman algısını etkileyen nörodejeneratif hastalıkların başlangıcını tespit etmeye yardımcı olabilir.

Beyin, kişisel hafızalarımızı oluştururken olayların zamanlamasını ve sırasını kodlamak zorundadır. Beyin, bu zaman çizelgesini, medial temporal lob (MTL) olarak bilinen bir bölgedeki devreler aracılığıyla oluşturur ve bu devrelerden biri de medial entorinal kortekstir (MEC).

Bu MEC devresinde, görevler sırasında belirli anlarda ateşlenen ‘zaman hücreleri’ bulunur. Bu hücreler, saniyeler ve dakikalar ölçeğinde işleyen organik bir iç metronom gibi çalışarak, o anki zamanı takip etmemize yardımcı olur.

Bilim insanları, bu ‘zamanlayıcının’ episodik hafızalar üzerinde bir iz bırakabileceğini ve deneyimlerimizin ‘karelerinin’ ardışık olarak, yerleşik bir ritimle tekrarlandığını düşünüyorlar. Ancak bunu yapabilmeleri için zaman hücrelerinin farklı zamansal bağlamları kodlamalarına olanak tanıyan öğrenme dinamiklerine sahip olmaları gerekir.

MTL’deki ‘mekansal hücrelerin’, bir hayvan farklı ve değişen ortamlardan geçerken ‘ateşleme alanlarını’ yeniden organize edebildiğini biliyoruz. Araştırmacılar, zaman hücrelerinin de benzer şekilde farklı zamansal bağlamlara yeniden haritalanabilme yeteneğine sahip olup olmadığını araştırmak istediler. Karmaşık bir zaman temelli öğrenme göreviyle birlikte beyin görüntüleme tekniklerini kullanarak zaman hücrelerinin aktivite desenlerini izlediler.

Ekip, zaman hücrelerinin mekansal hücreler kadar esnek olabileceğini varsaydı ve “(1) hayvanlar yeni bir zamansal bağlamı tanımayı öğrendikçe farklı zaman hücre dizileri aktif hale gelir, her zamansal bağlamın benzersiz bir haritasını veya ‘zaman çizelgesini’ oluşturur ve (2) bu dinamikler zamanlama davranışının öğrenilmesini destekler” sonucuna ulaştı.

İlk denemede fareler, bir ödül almak için koku uyarıcısı arasındaki zamanlamayı ayırt etmeye çalıştı. Zaman hücrelerinin aktivite desenleri, koku uyarıcısı desenine bakılmaksızın tutarlıydı, ancak fareler öğrendikçe daha karmaşık hale geldi ve her uyarıcıya karşılık gelen benzersiz ‘zaman ölçekleri’ geliştirdi. Fareler denemeyi yanlış yaptıklarında, araştırmacılar zaman hücrelerinin de yanlış sırayla ateşlendiğini fark etti.

“Zaman hücreleri, deneme sırasında belirli anlarda aktif olmalıdır,” diyor nörobiyolog Hyunwoo Lee. “Ancak fareler hata yaptığında, bu seçici aktivite düzensiz hale geldi.”

Araştırmacılar, MEC’yi kimyasal olarak bloke ederek farelerin zaman hücrelerini devre dışı bıraktığında, fareler olayların zamanlamasını algılayabilmeye ve tahmin edebilmeye devam etti, ancak zaman temelli görevi baştan öğrenmeleri imkansız hale geldi.

“Zaman hücrelerinin rolü, sadece zamanı takip etmekten daha karmaşıktır,” diyor çalışmanın ilk yazarı nörobiyolog Erin Bigus. “MEC, basit bir kronometre gibi davranmıyor; aslında bu daha karmaşık zamansal ilişkileri öğrenmekte rol oynuyor.”

Bu araştırma, zaman algısının farklı yaşandığı Alzheimer gibi psikolojik durumları daha iyi anlamaya yol açabilir. “Alzheimer hastalığının erken başlangıcını tespit etmek için karmaşık zamanlama davranış görevlerinin faydalı olup olmayacağını araştırmak istiyoruz,” diyor çalışmanın kıdemli yazarı nörobiyolog James Heys.

Araştırmacılar, MEC’nin zamanlamada net bir rolü olduğunu bulmalarına rağmen, MTL’deki diğer bölgelerin de zamanı kodladığını belirtiyor. “Gelecekteki çalışmalar, diğer MTL bölgelerinin gerekliliğini test etmeyi içerecek,” diyor ekip.

Bu araştırma Nature Neuroscience dergisinde yayımlandı.

HABER MERKEZİ