Beyin her gün, geçici izlenimleri, yaratıcı kıvılcımları ve duygusal deneyimleri, kimliğimizi şekillendiren ve kararlarımızı yönlendiren kalıcı anılara dönüştürür. Sinirbilimde merkezi bir soru, beynin hangi bilgi parçalarının saklanmaya değer olduğunu ve bu anıların ne kadar süreyle kalması gerektiğini nasıl belirlediği.
Son bulgular, uzun süreli anıların, beynin farklı bölgelerinde aktifleşen bir dizi moleküler zamanlama mekanizması aracılığıyla oluştuğunu gösteriyor. Farelerde sanal gerçeklik davranışsal sistemi kullanan bilim insanları, anıların giderek daha istikrarlı durumlara geçmesine veya tamamen kaybolmasına yardımcı olan düzenleyici faktörleri belirlediler.
Nature’da yayınlanan bir çalışma, çeşitli beyin bölgelerinin zaman içinde anıları yeniden düzenlemek için nasıl birlikte çalıştığını ve her anının ne kadar önemli olduğunu ve ne kadar kalıcı olması gerektiğini değerlendirmeye yardımcı olan kontrol noktalarını vurguluyor.
ABD’deki Rockefeller University Skoler Horbach Sinir Dinamiği ve Biliş Laboratuvarı Başkanı Priya Rajasethupathy, “Bu önemli bir keşif çünkü anıların kalıcılığını nasıl ayarladığımızı açıklıyor,” diyor. “Hatırlamayı seçtiğimiz şey, bir kerelik bir düğmeye basma işlemi değil, sürekli gelişen bir süreçtir.”
Klasik Bellek Modelinin Ötesine Geçmek
Uzun yıllar boyunca araştırmacılar iki temel bellek merkezine odaklandılar: kısa süreli belleği destekleyen hipokampus ve uzun süreli bellekleri depoladığı düşünülen korteks. Bu uzun süreli belleklerin biyolojik açma-kapama anahtarlarının arkasında yer aldığı düşünülüyordu.
Rajasethupathy, “Beyindeki mevcut bellek modelleri, açma/kapama anahtarları gibi davranan transistör benzeri bellek moleküllerini içerir” diyor.
Bu eski görüş, bir bellek uzun süreli depolama için işaretlendiğinde, süresiz olarak devam edeceğini öne sürüyordu. Bu çerçeve yararlı bilgiler sağlasa da, bazı uzun süreli belleklerin neden haftalarca sürdüğünü, diğerlerinin ise on yıllarca canlı kaldığını açıklayamıyordu.
Kısa ve Uzun Süreli Belleği Bağlayan Önemli Bir Yol
2023 yılında Rajasethupathy ve meslektaşları, kısa süreli ve uzun süreli bellek sistemlerini birbirine bağlayan bir beyin devresini tanımladılar. Bu yolun merkezi bir unsuru, hangi anıların saklanması gerektiğini belirlemeye yardımcı olan ve bunları uzun süreli stabilizasyon için kortekse yönlendiren beyin bölgesi talamus.
Bu keşifler daha derin soruların kapısını araladı: Anılar hipokampüsten ayrıldıktan sonra ne olur ve bir anının kalıcı olup olmayacağına veya kaybolup kaybolmayacağına hangi moleküler süreçler karar verir?
Sanal Gerçeklik Deneyleri Hafıza Kalıcılığını Ortaya Koyuyor
Bu mekanizmaları araştırmak için ekip, farelerin belirli anılar oluşturmasına olanak tanıyan bir sanal gerçeklik düzeneği kurdu. Rajasethupathy, “Laboratuvarımdaki doktora sonrası araştırmacı Andrea Terceros, bu sorunu yeni bir şekilde çözmemizi sağlayan zarif bir davranışsal model yarattı,” diyor. “Belirli deneyimlerin ne sıklıkla tekrarlandığını değiştirerek, farelerin bazı şeyleri diğerlerinden daha iyi hatırlamasını sağladık ve ardından hafıza kalıcılığıyla ilişkili mekanizmaları görmek için beyne baktık.”
Yalnızca korelasyon temel soruları yanıtlayamadığı için, eş lider Celine Chen, talamus ve korteksteki gen aktivitesini değiştirmek için CRISPR tabanlı bir tarama platformu oluşturdu. Bu yaklaşım, belirli moleküllerin çıkarılmasının anıların ne kadar sürdüğünü değiştirdiğini ve her molekülün kendi zaman ölçeğinde çalıştığını gösterdi.
Zamanlı Programlar Hafıza İstikrarını Yönlendiriyor
Sonuçlar, uzun süreli hafızanın tek bir açma/kapama düğmesine değil, beyin boyunca moleküler zamanlayıcılar gibi açılan bir dizi gen düzenleyici programa dayandığını gösteriyor.
Erken zamanlayıcılar hızla etkinleşir ancak hızla kaybolur, bu da anıların kaybolmasına olanak tanır. Daha sonraki zamanlayıcılar daha kademeli olarak devreye girer ve önemli deneyimlere kalıcı olmaları için gereken yapısal desteği sağlar. Bu çalışmada, tekrarlama önemin yerine geçti ve araştırmacıların sık tekrarlanan bağlamları yalnızca ara sıra görülenlerle karşılaştırmasına olanak sağladı.
Ekip, hafızaların korunması için gerekli olan üç transkripsiyonel düzenleyiciyi belirledi: talamusta Camta1 ve Tcf4 ve ön singulat kortekste Ash1l. Bu moleküller ilk hafızayı oluşturmak için gerekli değil, ancak onu korumak için çok önemli. Camta1 ve Tcf4’ün bozulması, talamus ve korteks arasındaki bağlantıları zayıflattı ve hafıza kaybına neden oldu.
Modele göre, hafıza oluşumu hipokampusta başlar. Camta1 ve alt hedefleri, bu erken hafızanın bozulmadan kalmasına yardımcı olur. Zamanla, Tcf4 ve hedefleri hücre yapışmasını ve yapısal desteği güçlendirmek için aktive olur. Son olarak, Ash1l, hafıza istikrarını güçlendiren kromatin yeniden şekillendirme programlarını destekler.
Rajasethupathy, “Bu zamanlayıcılara anıları eklemediğiniz sürece, bunları hızla unutmaya hazır olduğunuzu düşünüyoruz” diyor.
Biyolojide Paylaşılan Hafıza Mekanizmaları
Ash1l, diğer sistemlerde hafıza benzeri işlevleri korumaya yardımcı olan histon metiltransferazlar olarak bilinen bir protein ailesinin parçası. Rajasethupat, “Bağışıklık sisteminde, bu moleküller vücudun geçmiş enfeksiyonları hatırlamasına yardımcı olur; gelişim sırasında, aynı moleküller hücrelerin bir nöron veya kas haline geldiklerini hatırlamalarına ve bu kimliği uzun vadede korumalarına yardımcı olur” diyor.
Rajasethupathy, “Beyin, bu yaygın hücresel hafıza biçimlerini bilişsel hafızayı desteklemek için yeniden kullanıyor olabilir” diyor.
Bu keşifler, araştırmacıların hafızayla ilgili hastalıklarla başa çıkmalarına yardımcı olabilir. Rajasethupathy, hafızayı koruyan gen programlarını anlayarak, bilim insanlarının Alzheimer gibi durumlarda hasarlı beyin bölgelerinin etrafındaki hafıza yollarını yeniden yönlendirebileceklerini öne sürüyor. “Hafıza konsolidasyonu için önemli olan ikinci ve üçüncü alanları biliyorsak ve ilk alanda nöronlar ölüyorsa, belki de hasarlı bölgeyi atlayıp beynin sağlıklı kısımlarının devreye girmesine izin verebiliriz” diyor.
Sonraki Adımlar: Hafıza Zamanlayıcı Sisteminin Çözümlenmesi
Rajasethupathy’nin ekibi şimdi bu moleküler zamanlayıcıların nasıl aktive edildiğini ve sürelerini neyin belirlediğini ortaya çıkarmayı hedefliyor. Bu, beynin bir hafızanın önemini nasıl değerlendirdiğini ve ne kadar sürmesi gerektiğine nasıl karar verdiğini araştırmayı içeriyor. Çalışmaları, bu karar verme sürecinde talamusu merkezi bir merkez olarak göstermeye devam ediyor.
“Biz, bir hafızanın hipokampusta ilk oluşumunun ötesindeki yaşamını anlamakla ilgileniyoruz,” diyor Rajasethupathy. “Talamusun ve korteksle olan paralel iletişim yollarının bu süreçte merkezi bir rol oynadığını düşünüyoruz.”