MIT’den araştırma ekibinin ortaya koyduğu çalışma ‘pekiştirmeli öğrenme’ modelinde dopaminin rolünün sanılandan daha fazla olduğunu ortaya koyuyor.
Beynin temel nörotransmitterlerinden biri olan dopamin, duygularımızı, motivasyonlarımızı, hareketlerimizi ve daha pek çok şeyi etkiliyor. Ayrıca ödül temelli öğrenme süreçlerinde hayati bir rol oynuyor. Bu süreç, beynimizin hangi ipuçlarının veya davranışların olumlu ya da olumsuz sonuçlar doğurabileceğini öğrenmesine yardımcı oluyor.
Ancak MIT’den Prof. Ann Graybiel liderliğindeki bir araştırma ekibi, dopamin sinyallerinde alışılmadık kalıplar keşfederek mevcut pekiştirmeli öğrenme (reinforcement learning) modelinin eksik olabileceğini gösterdi. Çalışmanın sonuçları, Nature Communications dergisinde yayınlandı.
Pekiştirmeli öğrenme, bir organizmanın ödüllendirici ya da cezalandırıcı sonuçlarla davranışlarını eşleştirerek öğrenmesini ifade ediyor. Örneğin, bir köpeğin belirli bir komutun ardından ödül alacağını öğrenmesi bu sürece örnek verilebilir. Bu öğrenme modelinde dopamin, ödüllere ve ipuçlarına tepki veren bir sinyal görevi görüyor.
Klasik modele göre, ödül ile bir ipucu eşleştirildiğinde, dopamin salınımı başlangıçta ödüle tepki tepki veriyor. Ancak hayvan ipucu-ödül ilişkisini öğrendikçe, dopamin salınımının zamanlaması değişiyor ve ipucu ile ilişkilendiriliyor. Bu süreç, beynin ödül merkezlerinden biri olan striatum adlı bir bölgede gerçekleşiyor.
Ancak Graybiel’in ekibi, yeni teknolojilerle daha hassas ölçümler yaparak bu modelin her zaman geçerli olmadığını gözlemledi.
Fareler yine iş başında
Araştırmada, farelere mavi bir ışığın su ödülü ile eşleştirildiği bir deney tasarlandı. Ekip, dopaminin beyindeki salınımını hassas sensörlerle ölçerek striatumun farklı bölgelerindeki dopamin salınımının zamanlamalarını inceledi.
Striatum, beynin bazal gangliyonlar olarak adlandırılan bölgesinin bir parçası olarak biliniyor ve hareket, motivasyon ve ödül temelli öğrenme gibi işlevlerde kritik bir rol oynuyor. Dopamin, striatumda salınarak bu süreçleri düzenliyor. Yapılan deneylerin ilk aşamasında iki temel sonuca ulaşıldı:
Lateral Striatum: Ödül sırasında dopamin salınımı gerçekleşti ve fare ödülü beklemeyi ‘öğrense’ bile bu tepki azalmadı. Bu, dopaminin yalnızca ipucuna yanıt vereceği yönündeki klasik modele uymuyordu.
Medial Striatum: Ödül sırasında hiç dopamin salınımı gözlenmedi. Bunun yerine, ipucu ışık yandığında dopamin salınımı başladı ve bu durum, öğrenme süresince değişmedi.
Ekip, ikinci bir ışık eklediğinde ise dopamin salınımı daha da ilginç bir hal aldı. Ödül ile ilişkili olmayan bu yeni ışık, beynin daha karmaşık bir bilişsel süreçle ipuçlarını ve ödülleri değerlendirdiğini gösterdi.
Araştırma, dopaminin yalnızca ödül veya ipucu ile sınırlı bir şekilde salınmadığını, aynı zamanda süreklilik gösterdiğini ortaya koydu. Örneğin, ödülle ilişkili ışık yandığında, dopamin salınımı ödül verilene kadar sürdü. Bu bulgu, dopaminin bir tür çalışma belleği işlevi gördüğünü ortaya koyuyor olabilir. Çalışma belleği, beynin kısa süreli olarak bilgiyi saklaması ve işlem yapması olarak ifade ediliyor.
Geleneksel modellerde dopaminin, öğrenme süreci ilerledikçe ödüle verdiği tepkinin azalması ve ipucuna odaklanması bekleniyor. Ancak Graybiel’in ekibi, bu basit modelin yeterli olmadığını, dopaminin daha geniş bir rol oynadığını gösterdi.
Dopaminin, beynin “ödül sinyali” gibi hareket eden bir kimyasal olduğu düşünülüyordu. Ancak bu araştırma, dopaminin sadece “ödül var” demekle kalmayıp, ödülün beklendiği süre boyunca da aktif olabileceğini ortaya koyuyor. Örneğin:
Fareler ışığı gördüğünde dopamin, ödülün geleceğine dair bir tür “bekleme sinyali” veriyor. Bu sinyal, beynin ödül ve ipucu arasında bağlantı kurmasını sağlıyor. Bunun gibi bulgular, beynin öğrenme mekanizmalarının düşündüğümüzden daha karmaşık olduğunu gösteriyor.
Araştırmanın baş yazarlarından Prof. Graybiel MIT’e verdiği demeçte, “Bu bulgular, pekiştirmeli öğrenme modellerinin yeniden düşünülmesi gerektiğini gösteriyor,” ifadelerini kullandı. Bu tür araştırmalar, ödül, hareket ve duygular arasındaki ilişkiye dair daha derin bir anlayış geliştirmemize yardımcı olabilir. Ayrıca, dopaminin bozulduğu Parkinson hastalığı, bağımlılık ve depresyon gibi durumlara yönelik yeni tedavi yöntemlerinin geliştirilmesine de kapı açabilir.Kaynak: MIT
