Beyin Sıfırı Nasıl İşliyor? Nöronlar ‘Hiçliği’ Bir Sayı Olarak Ele Alıyor
Araştırmacılar insan beyninin sıfır kavramını nasıl işlediğini ortaya çıkararak, medial temporal lobdaki belirli nöronların sıfırı bir hiçlik sembolünden ziyade bir sayı olarak ele aldığını ortaya koydu.
Bu sinir hücreleri sıfıra, onu bir ve iki gibi diğer küçük sayılarla bütünleştirecek şekilde tepki verdi. Bu keşif, beynin matematikteki en soyut ve önemli kavramlardan birini nasıl kodladığına yeni bir ışık tutuyor.
“Genel olarak beynin sayıları nasıl temsil ettiğini anlamakla ilgileniyoruz, ancak sıfır gerçekten benzersiz bir durum. Sıfır, insanlığın en büyük kültürel başarılarından biri olarak kabul edilir ve bilim ve matematikteki sayısız atılımın ayrılmaz bir parçasıdır. Bununla birlikte, sıfır özellikle soyut ve zor bir kavramdır,” diye açıklıyor Prof. Florian Mormann ve Andreas Nieder.
“Sıfırın farkına varılması ve takdir edilmesi insanlık tarihinin uzun bir dönemini almıştır. Çocuklar, pozitif tam sayıları kavradıktan çok sonra, sıfır sayı kavramını gecikmeli olarak anlıyorlar. Sözel olmayan bir niceleme sistemini paylaştığımız insan olmayan hayvanlar, sıfır sayısına ilişkin ilkel bir kavrayış sergilemektedir.”
“Duyusal uyaranları (‘bir şey’) işlemek üzere evrimleşmiş bir beyin için, boş kümeleri (‘hiçbir şey’) anlamlı bir kategori olarak düşünmek üst düzey soyutlama gerektirir. Bir kavramı deneyimden bağımsız olarak ve algılananın ötesinde temsil etme becerisi gerektirir. Beynin ‘hiçbir şeyi’ ‘bir şey’ olarak, matematiksel bir nesne olarak yorumlaması gerekir.”
Çalışmada epilepsi nedeniyle beyin cerrahisi tedavisi gören on yedi katılımcı yer aldı. Bu hastaların medial temporal loblarına ameliyat öncesi hazırlıklarının bir parçası olarak ince elektrotlar yerleştirildi.
Bu elektrotlar, katılımcılar sayısal görevleri yerine getirirken araştırmacıların bireysel nöronların aktivitesini gerçek zamanlı olarak ölçmelerini sağladı.
Görevler, katılımcılara iki formatta sunulan sıfır ile dokuz arasındaki sayıların gösterilmesini içeriyordu: sembolik (Arap rakamları) ve sembolik olmayan (nokta kümeleri).
Sembolik olmayan formatta, boş bir nokta kümesi sıfırı temsil ediyordu. Katılımcılar sunulan sayıların çift mi yoksa tek mi olduğuna karar vermek zorundaydı.
Bu süreç boyunca araştırmacılar, sıfır kavramına yanıt veren belirli nöronları bulmayı amaçlayarak bireysel nöronların aktivitesini izledi.
Bir kontrol deneyinde, on dokuz sağlıklı gönüllü, epilepsisi olan ve olmayan bireyler arasındaki davranışsal tepkileri karşılaştırmak için görevin basitleştirilmiş bir versiyonunu tamamladı.
Araştırmacılar, medial temporal lobdaki bazı nöronların, sembolik veya sembolik olmayan formlarda sıfır kavramına özel olarak yanıt verdiğini buldular.
Bu nöronlar, “sayısal mesafe etkisi” olarak bilinen, sadece sıfıra değil, aynı zamanda daha zayıf olsa da komşu sayı olan bire de tepki gösterdiler.
Bu, beynin sıfırı benzersiz ya da ayrı bir “hiçlik” kategorisi olarak ele almadığını gösterdi. Bunun yerine, sıfırı daha geniş sayısal sürekliliğin bir parçası olarak bütünleştiriyor.
Mormann ve Nieder PsyPost’a yaptıkları açıklamada, “Buradan çıkarılacak en önemli sonuç, sıfırın bir boşluk değeri ve sayılacak öğelerin yokluğu ile karakterize edilmesine rağmen, beynimizde sıfır sayısını işaret eden nöronlara sahip olmamızdır” dedi.
“Aynı zamanda bu nöronlar, sıfır için en güçlü ateşlemelerini sergileyerek ve bitişik sayılar için ateşlemeyi kademeli olarak azaltarak diğer sayılabilir sayılar gibi sıfırı temsil eder. Başka bir deyişle, nöronlar sıfıra ayarlanmıştır, sevdikleri sayı olarak sıfıra sahiptirler.”
Bununla birlikte, nöronların sıfırı işleme biçiminde, formatına bağlı olarak önemli bir fark vardı. Sıfır sembolik olarak bir rakam olarak sunulduğunda, nöronlar onu diğer sayılara benzer şekilde işledi.
Ancak sıfır, boş bir nokta kümesi olarak sembolik olmayan bir şekilde temsil edildiğinde, nöronların yanıt vermesi daha uzun sürdü. Bu daha yavaş tepki, beynin sıfırın sembolik olmayan temsillerini işlemek için daha fazla zamana ihtiyaç duyduğunu gösterdi; bunun nedeni muhtemelen rakamlara kıyasla daha soyut ve daha az tanıdık bir format olmasıydı.
Araştırmacılar, “Boş kümeleri veya Arap rakamı 0‘ı kodlayan nöronlar, boş kümeleri ’zihinsel sayı doğrusu’ üzerindeki en küçük miktar olarak temsil eder, çünkü sıfıra en güçlü şekilde yanıt verirler ve giderek daha yüksek sayılara sistematik olarak daha az yanıt verirler” açıklamasında bulundu.
“Bu, sayısal mesafe etkisi olarak adlandırılan durumu göstermektedir. Bu nöronal mesafe etkisi olmasaydı, nöronlar basitçe sayısal anlamdan yoksun bir ‘hiç’ kategorisini temsil ederdi. Ancak bu sıfır nöronlar birden daha küçük bir sayısal değeri temsil ediyor.”
Her çalışmada olduğu gibi bu çalışmada da sınırlamalar vardı. Önemli bir sınırlama, beyin kayıtları için epilepsi hastalarının kullanılmasıydı.
Bu hastaların beyinlerine tıbbi tedavilerinin bir parçası olarak elektrotlar yerleştirilmişti, bu da araştırmacıların elektrotların tam yerini özgürce seçemedikleri anlamına geliyordu. Yerleşim, çalışmanın gerekliliklerine göre değil, klinik ihtiyaçlara göre belirlendi.
Mormann ve Nieder, “Nöron kayıtları, kronik derinlik elektrotları implante edilmiş farmakolojik olarak inatçı epilepsi hastalarında gerçekleştirildi” dedi. “Sonuç olarak, yakalanan elektriksel aktivite beynin patolojik doku içeren bölgelerinden kaynaklanıyor olabilir. Ayrıca, kayıt elektrotlarının beyin bölgelerine yerleştirilmesi serbestçe seçilemez; klinik gerekliliklere ve hususlara uygun olmalıdır.”
Gelecekteki araştırmalar için bir alan, sıfır kavramının bireyin bağlamına veya kültürel geçmişine bağlı olarak farklı işlenip işlenmediğini araştırmaktır.
Sıfır insanlık tarihinde nispeten yeni bir gelişme olduğundan ve çocuklar için kavraması en zor kavramlardan biri olduğundan, farklı eğitimsel veya kültürel deneyimlerin nöral temsilini nasıl etkilediğini araştırmak, beynin yeni soyut kavramlara nasıl uyum sağladığına dair daha fazla bilgi sağlayabilir.
Araştırmacılar, “Tüm davranışlarımız ve zihinsel yeteneklerimiz beyindeki nöronların işleyişinden kaynaklanıyor” dedi. “Amacımız, tek tek nöronların ve nöron topluluklarının faaliyetlerinin sayma, aritmetik ve matematiğe nasıl yol açtığını mekanik olarak anlamaktır. Bu anlayış, gelişimsel diskalkuli – sayılarla ilgili öğrenme güçlükleri – ve beyin yaralanmalarını takiben hesaplamada edinilmiş eksiklikleri ifade eden akalkuli gibi sayılarla ilgili belirli eksiklikleri olan bireylere yardımcı olmak için de çok önemli olacaktır.”
“İnsan medial temporal lobunda sembolik olmayan ve sembolik sıfır sayısının tek nöronlu temsili” başlıklı çalışma Esther F. Kutter, Gert Dehnen, Valeri Borger, Rainer Surges, Andreas Nieder ve Florian Mormann tarafından yazılmıştır.
Derleyen: Feyza ÇETİNKOL
Kaynak: Beyin Sıfırı Nasıl İşliyor? Nöronlar ‘Hiçliği’ Bir Sayı Olarak Ele Alıyor
/Beyin Sıfırı Nasıl İşliyor? Nöronlar ‘Hiçliği’ Bir Sayı Olarak Ele Alıyor/