Japonya’daki Okinawa Bilim ve Teknoloji Enstitüsünden araştırmacılar, laboratuvar farelerini yapay kış uykusuna (hibernasyon) sokarak yaptıkları bir deneyde, beynin uzun süreli anıları nasıl koruduğuna dair yerleşik görüşü sarsacak bulgulara ulaştı. Araştırma, 13 Ağustos’ta Science dergisinde yayınlandı.
Nörobilimde uzun süredir kabul gören görüşe göre, kalıcı anılar nöronlar arasındaki bağlantıların (sinapsların) güçlenmesiyle oluşuyor. “Birlikte ateşlenen nöronlar birlikte kablolanır” sözüyle özetlenen bu süreçte, sık sık birbirine sinyal gönderen hücreler zamanla daha güçlü ve kalıcı bağlar kuruyor.
Kazumasa Tanaka liderliğindeki araştırmacılar, işin bu kadar basit olmadığını ortaya koyan bulgular sundu. Alp dağ sıçanları (Marmota marmota) ve Avrupa yer sincapları (Spermophilus citellus) gibi kış uykusuna yatan hayvanların beyinlerinde, uyku sırasında hücreler arası bağlantıların büyük ölçüde azaldığı, hatta beyin hacminin küçüldüğü uzun zamandır biliniyor. Buna rağmen bu hayvanlar, kış uykusundan uyandıklarında yiyecek sakladıkları yerleri ya da tanıdıkları diğer hayvanları hatırlamaya devam ediyor. Peki bu nasıl mümkün oluyor?
Şok hafızası ve labirentteki şeker deneyi
Araştırmacılar, laboratuvar farelerine önce yeni anılar kazandırdı: Bir grup fare, belirli bir ortamı hafif bir elektrik şokuyla ilişkilendirmeyi öğrendi; başka bir grup ise bir labirentteki şeker tanelerinin yerini ezberledi.
Ardından, beyinlerindeki özel bir nöron grubu tetiklenerek fareler iki günlük yapay kış uykusuna sokuldu. Değişim şaşırtıcı derecede hızlı gerçekleşti. Sadece 30 dakika içinde sinaptik bağlantılar azalmaya başladı, 24 saat sonunda ise sinapsların yarısından fazlası tamamen kaybolmuştu, araştırmacıların beklediğinden çok daha büyük bir kayıptı.
Buna rağmen fareler uykudan uyandıklarında hem şok aldıkları ortamda donup kalarak korkularını hatırladıklarını gösterdi, hem de labirentte şekerin yerini hiç unutmamış gibi doğrudan bulmayı başardı. Tanaka’nın belirttiğine göre, hibernasyona giren ve girmeyen farelerin davranışları arasında neredeyse hiçbir fark yoktu.
Farkın kaynağı bağlantıların sayısı değil örgütlenme biçimi
Peki bu kadar çok bağlantı kaybolmasına rağmen anılar nasıl korunuyordu? Cevabı bulmak için araştırmacılar, hibernasyona giren farelerle, uzun süreli anestezi altında tutulan ve sinapsların güçlenmesini engelleyen bir maddeyle tedavi edilen başka bir fare grubunu karşılaştırdı. Bu ikinci grupta da benzer şekilde ciddi bir sinaps kaybı yaşandı ancak bu farelerin anıları kalıcı olmadı ve kayboldu.
İki grup arasındaki kritik fark, beyin taramalarında ortaya çıktı. Hibernasyona giren farelerde, belirli sinaps kümeleri budama sürecinden etkilenmeden sağlam kalmayı başarmıştı. Bu dayanıklı kümeler genellikle, tek bir nöronun çok sayıda komşu hücreye aynı anda sinyal gönderdiği merkezi “yayın noktaları” ya da birçok nörondan gelen sinyalleri aynı anda alan, sıkı biçimde kümelenmiş dendritik çıkıntıların bulunduğu bölgelerdi. Anestezi uygulanan farelerde ise bu özel yapı tamamen bozulmuştu. İlginç bir şekilde, bağlantı noktalarının büyüklüğünün bu süreçte pek bir önemi yoktu; belirleyici olan bağlantıların birbirleriyle nasıl örgütlendiğiydi.
Hafıza, ağın genel mimarisinde saklanıyor olabilir
Araştırmacılara göre bu bulgular, tek tek güçlü sinaptik bağların değil, beyindeki geniş ölçekli bağlantı örüntüsünün (topolojik yapının) hafızanın kalıcılığında belirleyici rol oynadığına işaret ediyor. Tanaka, bu sonucun klasik “sinaps güçlenmesi” teorisini çürütmediğini ancak yeni anıların oluşumu ile mevcut anıların uzun vadede korunmasının farklı mekanizmalara dayanabileceğini gösterdiğini vurguluyor.
Ekip şimdi bu dayanıklı sinaps kümelerinin moleküler düzeyde nasıl işlediğini araştırıyor ve ileride bu kümelerin yapısına doğrudan müdahale ederek hafıza üzerindeki etkilerini test etmeyi planlıyor. Tanaka, çalışmanın nörobilim alanının ötesinde, bilgisayar sistemlerinde veri depolama yöntemlerinin geliştirilmesine bile ilham verebileceğini belirtiyor.
Kaynak: Science