İçeriden Dışarı: Beyin Duyusal Hatıraları Nasıl Oluşturur?

    Beyin, duyularımız tarafından toplanan bilgileri kodlar. Bununla birlikte, çevremizi algılamak ve onunla yapıcı bir şekilde etkileşime girmek için, bu duyusal sinyallerin önceki deneyimlerimiz ve mevcut hedeflerimiz bağlamında yorumlanması gerekir. Science'ın son sayısında , Max Planck Beyin Araştırmaları Enstitüsü Araştırma Grubu Lideri Dr. Johannes Letzkus liderliğindeki bir bilim insanı ekibi, bu deneyime bağlı yukarıdan aşağıya bilginin temel bir kaynağını belirledi.

    Neokorteks, insan beyninin en geniş alanıdır. Memeli evrimi sırasında muazzam bir şekilde genişledi ve farklılaştı ve insanları en yakın akrabalarından ayıran birçok kapasiteye aracılık ettiği düşünülüyor. Dahası, bu alandaki işlev bozuklukları da birçok psikiyatrik bozuklukta merkezi bir rol oynamaktadır. Neokorteksin tüm yüksek bilişsel işlevleri, iki farklı bilgi akışını bir araya getirerek etkinleştirilir: çevreleyen ortamdan gelen sinyalleri taşıyan bir 'aşağıdan yukarıya' akış ve önceki deneyimlerimizi kodlayan dahili olarak oluşturulmuş bilgileri ileten bir 'yukarıdan aşağıya' akış ve güncel amaçlar.

    "Onlarca yıl süren araştırmalar, çevreden gelen duyusal girdilerin nasıl işlendiğini açıklığa kavuşturmuştur. Ancak, dahili olarak üretilen bilgiler hakkındaki bilgilerimiz henüz emekleme aşamasındadır. Bu, duyusal algı gibi daha yüksek beyin işlevlerini anlamamızdaki en büyük boşluklardan biridir" diyor Letzkus. Bu, ekibi bu yukarıdan aşağı sinyallerin kaynaklarını aramaya motive etti. "Bizim ve diğer birçok bilim adamının önceki çalışması, neokorteksin en üst katmanının, yukarıdan aşağıya bilgi taşıyan girdileri alan önemli bir bölge olduğunu ileri sürmüştü. Bunu bir başlangıç ​​noktası olarak almak, talamusun bir bölgesini tanımlamamıza izin verdi - Bu tür içsel bilgilerin temel aday kaynağı olarak ön beynin derinliklerine gömülü bir beyin alanı. "

    Çalışmanın ilk yazarı ve Letzkus laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı olan Dr. M. Belén Pardi, bu gözlemlerden motive olarak, bir öğrenme paradigmasından önce ve sonra fare neokorteksindeki tek talamik sinapsların tepkilerini ölçmesini sağlayan yenilikçi bir yaklaşım geliştirdi. Pardi, "Sonuçlar çok netti" diye hatırlıyor. "Alakası olmayan nötr uyaranlar, bu yoldaki küçük ve geçici tepkilerle kodlanırken, öğrenme etkinliklerini güçlü bir şekilde artırdı ve sinyalleri zaman içinde hem daha hızlı hem de daha sürdürülebilir hale getirdi." Bu, neokorteksteki talamik sinapsların, hayvanın önceki deneyimini kodladığını göstermektedir. "Elde edilen hafızanın gücünü talamik aktivitedeki değişimle karşılaştırdığımızda durumun böyle olduğuna gerçekten ikna olmuştuk: Bu güçlü bir pozitif korelasyon ortaya çıkardı,

    Ancak bu mekanizma, bu yukarıdan aşağıya bellekle ilgili sinyaller için seçici midir? Duyusal uyaranlar, onlarla ilişkilendirmeyi öğrendiklerimizle alakalı olabilir, aynı zamanda yalnızca fiziksel özelliklerinden dolayı da olabilir. Örneğin, yüksek sesler hem insanlarda hem de hayvanlarda o kadar kolay dikkat çekerler. Ancak bu, önceki deneyimlerle pek ilgisi olmayan düşük seviyeli bir işlevdir. Pardi, "Şaşırtıcı bir şekilde, bu aşağıdan yukarıya alaka biçimi için çok farklı, aslında zıt, kodlama mekanizmaları bulduk" diyor.

    Bilim adamları, merkezi önemleri göz önüne alındığında, bu sinyallerin neokortekste alınma şeklinin sıkı bir şekilde düzenlenmesi gerektiğini tahmin ettiler. Pardi ve meslektaşları, Dr. Henning Sprekeler laboratuvarı ve Technische Universität Berlin'deki ekibiyle işbirliği içinde hesaplamalı modelleme ile birleştirilen daha sonraki deneylerde bu konuyu ele aldılar. Sonuçlar, bu yol boyunca bilgiyi ince bir şekilde ayarlayabilen, önceden bilinmeyen bir mekanizmayı tanımladı ve bu yukarıdan aşağıya sinyallerin dinamik bir bekçisi olarak neokorteksin en üst katmanındaki özel bir nöron türünü tanımladı.

    "Bu sonuçlar, duyusal uyaranlarla ilişkilendirilmiş geçmiş deneyimler hakkında önemli bir bilgi kaynağı olarak duyusal neokortekse talamik girdileri ortaya koyuyor. Bu tür yukarıdan aşağıya sinyaller, otizm ve şizofreni gibi bir dizi beyin bozukluğunda bozuluyor ve umudumuz şudur: mevcut bulguların bu ağır koşulların altında yatan uyumsuz değişikliklerin daha derin bir anlayışını da sağlayacağını, "diyor Letzkus.