Ana içeriğe atla

Beyinde Zaman ve Mekân Dengelemesi


Bilim insanları, uzunca bir süredir, beyinde gerçekleşen aktiviteleri dinleyerek, beynin gürültülü ve görünüşe göre rastgele aktivitesinin kaynağını anlamaya çalışıyor. Son 20 yılda, “dengeli ağ teorisi“,  nöronların tekrar tekrar birleşmiş ağlarındaki yavaşlama ve coşmanın bir dengesi aracılığıyla söz konusu bu rastgele aktiviteyi açıklamak için ortaya çıkmıştır. Bir grup bilim insanı da beyin devrelerini beyin aktivitesine bağlayan derin ve test edilebilir tahminler sağlamak için dengeli modeli genişletti.
University of Pittsburgh’dan araştırmacılar, Nature Neuroscience’da yayımlanan makalelerinde, bu yeni modelin, canlı hayvanların beyinlerindeki nöronların son derece değişken tepkilerine dair deneysel bulguları doğru bir şekilde açıkladığını söylüyor.
Yeni model, nöral devrelerde nöronlar arasındaki aktivitenin nasıl koordine edildiği konusunda daha zengin bir kavrayış sağlıyor. Araştırmacılara göre, model, gelecekte öğrenme ya da hastalıkla ilişkili beyin aktivitesini öngören sinirsel “işaretleri” keşfetmek için kullanılabilir. Araştırmacılardan Brent Doiron; normal olarak beyin aktivitesinin çoğunlukla rastgele ve son derece değişken olmasından kaynaklı hesaplamayı zorlaştırdığını söylüyor. Nöral hesaplamanın mekaniğini anlamak için, bir nöronal ağın dinamiklerinin ağın mimarisine nasıl bağlı olduğunu bilmeniz gerekir ve bu son araştırma bizi bu amaca önemli oranda yaklaştırıyor.
Dengeli ağ teorisinin önceki versiyonları, uyarıcı ve yavaşlatıcı girdilerin zamanlaması ve frekansının nöral davranışta ortaya çıkan değişkenliği nasıl şekillendirdiğini yakalamıştı, ancak bu modeller biyolojik olarak gerçekçi olmayan kısayollar kullanmıştı.
Doiron’a göre, orijinal model; beyindeki bağlanma biçiminin mekânsal bağımlılığını göz ardı etti, fakat birbirine yakın nöron çiftlerinin birbirine görece uzak nöron çiftlerine kıyasla bağlantı kurmaları daha muhtemeldir. Doiron; önceki modellerin, ya beynin aksine tamamen rastgele etkinlik, ya da derin bir nöbette görebileceğiniz tamamen senkronize edilmiş sinirsel davranışlar gibi gerçekçi olmayan davranışlar ürettiğini söylüyor.
Bu denge bağlamında ise, nöronlar sürekli bir gerginlik halindedir. Araştırmacılardan Matthew Smith; bu durumu ayağınızı parmaklarınız üzerinde dengede tutmaya benzetiyor. Eğer, aşırı küçülme varsa, bu durum sinirsel atışlarda veya iletişimde büyük dalgalanmalara neden olur.
Yeni model, nöral ağların mekânsal ve zamansal karakteristiklerini ve nöronlar arasındaki aktivitedeki korelasyonları (bir nörondaki “ateşleme” diğer bir nörondaki ateşlemeyle bağlantılı mı değil mi) göz önüne alıyor. Model, bilim insanlarının görsel dünyayı işleyen beyin bölgesinde incelenen nöronların davranışını öngörmek için kullanabileceği kadar önemli bir gelişmedir.
Model geliştirildikten sonra, bilim insanları, görsel korteksteki verileri inceledi ve modellerinin, ne kadar uzak olduklarına bağlı olarak nöronların davranışını doğru bir şekilde öngörebildiği bulgusuna ulaştı. Yakın nöron çiftlerinin aktivitelerinin güçlü bir biçimde bağlantılı olduğu, orta derecede uzaklıkta bulunan nöron çiftlerinin ters-ilişkili olduğu (bir tanesi fazla tepki oluşturuyorsa, diğeri az tepki oluşturuyor) ve uzak mesafedeki nöronların ise bağımsız olduğu görüldü.
Model, beynin bilgiyi nasıl hesapladığına dair kavrayışımızı geliştirmeye yardımcı olacak, çünkü, ağ yapısının ağ değişkenliğini nasıl belirlediğini tanımlamak için ileriye doğru atılmış büyük bir adımdır. Doiron’a göre, herhangi bir ciddi beyin hesaplama teorisi, koddaki gürültüyü hesaba katmalıdır. Çünkü, nöronal değişkenlikteki değişim, dikkat ve öğrenme gibi önemli bilişsel işlevlere eşlik eder ve ayrıca Parkinson hastalığı ve epilepsi gibi yıkıcı patolojik durumların bir işaretidir.
Bilim insanları, görsel kortekste testlerde bulunurken, modellerinin beynin diğer bölümlerinde, örneğin işitsel veya koku işaretlerini işleyen alanlardaki aktiviteleri tahmin etmek için de kullanılabileceğini düşünüyor. Ayrıca ekip, modelin tüm memeli beyinleri için kullanılabileceğini ileri sürüyor.
Doiron ve Smith’in hesaplama yaklaşımının en belirgin özelliği, amacının beyin işlevinin genel prensiplerini genel anlamda birçok senaryoya uygulanabileceğidir. Bu model, sinirbiliminde iyi teoriler sağlamak için atılan önemli bir adımdır.

Yorumlar

Bu blogdaki popüler yayınlar

DNA Molekülü Hücre İçinde Hangi Kılıklara Girer?

Genetik, terminolojik açıdan çok zengin, yani çok fazla terimin bulunduğu bir bilim dalı. Özellikle kromozomlar ve kromozom sayıları hakkında konuşurken, kafa karışıklığı yaşanabiliyor. Homolog kromozom nedir? İkilenmiş kromozom nedir? Kromatit neydi, kromatin neydi? DNA tüm bunların neresinde? Bu terimlerin tanımlarını ve birbirleri ile ilişkilerini oturtmak gerekiyor. Bu amaçla, işe hücre bölünmesini anımsayarak başlayalım. Hücreler Çoğalmak İçin Bölünür Hücre çevrimi sırasında, ökaryotik organizmaların bedensel (somatik; üreme ile ilgisiz) hücreleri büyür ve bölünür. Mitoz adı verilen bu süreçte, tek bir ebeveyn hücrenin yerini iki tane özdeş yavru hücre alır.  Üreme hücrelerini oluşturmak için izlenen yol olan mayoza bu yazıda girmeyeceğiz. DNA Kopyalanır Bir hücre bölünmeden önce, taşıdığı tüm DNA’nın (nükleik asit moleküllerinin) kopyasını yapmalıdır ki, yavru hücrelerin her ikisi de genetik bilginin tam birer kopyasına sahip olabilsin. Her bir tekil DNA molekülü bir k

Dünyamız Nasıl Evrim Geçirdi?

Evrende ve dünyamızda hiçbir şey aynı biçimde kalmaz. Madde, galaksiler, yıldızlar, yıldız sistemleri, gezegenler ve gezegenlerin bileşenleri sürekli bir evrimleşme sürecinden geçer. Atmosfer de bunların dışında değildir elbette. Oksijensiz dönem  Yer’in oluşumu aşağı yukarı 4,5 milyar yıl öncesine denk düşer. Güneş sistemi ve gezegenlerin oluşumuna dönük yapılan çalışmalarda Yer’in ilk oluşum döneminde oldukça sıcak olduğu ve atmosferinin de bulunmadığı öne sürülür. Yer’in bu devri; çeşitli büyüklükte göktaşlarının çarpması ve volkanik faaliyetler soncunca karbon dioksit ve azot gazı gibi gazların serbest kaldığı, suyun buhar olarak atmosferde bulunma olasılığının olduğu bir dönemdir. Yer’in oluşum dönemini temsil eden bir görsel çalışma. Gökcisimlerinin çarpması ve volkanik faaliyetler nedeniyle yer yüzeyi şu anki halinden çok uzakta. Bu dönemde ilkel atmosfer oluşumun başladığı ileri sürülmektedir. Dev çarpışma hipotezi de bu dönem için öne sürülmüştür. Bu hipotezde; Yer’

Çölde Havadan Su Toplayan Cihaz

Yeterince yağış almayan ya da iklim değişikliği nedeniyle gitgide kuraklaşan bölgelerde susuzluk sorununa karşı yerel ve ucuz çözümler geliştirilmesi çok önemli. Son yıllarda yeni nesil teknolojilerden yararlanılarak atmosferdeki su buharından su elde etmeye yarayan çeşitli sistemler üzerinde çalışılıyor. Yine bu amaçla geliştirilen yeni bir cihazla çölde sadece güneş ışığı kullanılarak içilebilir su elde edilebiliyor. Daha önce atmosferden az enerjiyle su toplamak üzere geliştirilen cihazları, nispi nem oranı %50’nin altında olan yerlerde çalıştırmakta hayli güçlük çekiliyordu. Yeni cihaz ise özel bir malzeme sayesinde nispi nem oranı %20 gibi düşük bir seviyede olan yerlerde bile havadan  su toplayabiliyor. Nispi nem fazla olduğunda havadaki suyu toplamak kolay ancak nemli yerlerde de zaten su sıkıntısı yaşanmıyor. Silika jeller gibi süngersi malze