Sinapslar Nasıl Öğrenir? Beyin Görüntüleme Cevap Veriyor
Yeni bir şeyi nasıl öğreniriz? Yeni bir işteki görevler, en son hit şarkının sözleri veya bir arkadaşımızın evinin yol tarifi beynimizde nasıl kodlanır? Genel cevap, beynimizin yeni bilgilere uyum sağlamak için adaptasyonlardan geçtiğidir. Yeni bir davranışı takip edebilmek ya da yeni bir bilgiyi akılda tutabilmek için beyin devreleri değişime uğrar.
Bu tür değişiklikler, beyin iletişiminin gerçekleştiği trilyonlarca sinaps (nöron adı verilen bireysel sinir hücreleri arasındaki bağlantılar) boyunca düzenlenir. Karmaşık bir şekilde koordine edilen bir süreçte, yeni bilgiler belirli sinapsların yeni verilerle güçlenmesine neden olurken diğerleri zayıflar.
“Sinaptik plastisite” olarak bilinen bu değişiklikleri yakından inceleyen sinirbilimciler, bu tür plastisiteye neden olan çok sayıda moleküler süreç tanımladılar. Ancak hangi sinapsların bu süreçten geçeceğini belirleyen “kurallar” bilinmiyordu ve bu da öğrenilen bilginin beyinde nasıl yakalandığını belirleyen bir gizemdi.
California San Diego Üniversitesi nörobiyologları William “Jake” Wright, Nathan Hedrick ve Takaki Komiyama şimdi bu süreçle ilgili önemli ayrıntıları ortaya çıkardı. Makale Science dergisinde yayımlandı.
Çalışmada araştırmacılar, farelerin beyin faaliyetlerini yakınlaştırmak ve öğrenme faaliyetleri sırasında sinapsların ve nöron hücrelerinin faaliyetlerini izlemek için iki fotonlu görüntüleme de dahil olmak üzere son teknoloji bir beyin görselleştirme metodolojisi kullandılar.
Sinapsları daha önce hiç olmadığı kadar tek tek görebilmeyi sağlayan yeni görüntüler, nöronların geleneksel düşüncede varsayıldığı gibi öğrenme olayları sırasında bir dizi kuralı takip etmediğini ortaya koydu. Veriler daha ziyade, tek tek nöronların birden fazla kuralı takip ettiğini ve farklı bölgelerdeki sinapsların farklı kuralları izlediğini ortaya koydu.
Bu yeni bulgular, beyin ve davranış bozukluklarından yapay zekaya kadar birçok alanda ilerlemelere yardımcı olacak.
Biyolojik Bilimler Fakültesi’nde doktora sonrası araştırmacı olan ve çalışmanın ilk yazarı Wright, “İnsanlar sinaptik plastisite hakkında konuştuklarında, bu genellikle beyinde tekdüze olarak kabul edilir” dedi. “Araştırmamız, öğrenme sırasında sinapsların nasıl değiştiğinin daha net bir şekilde anlaşılmasını sağlıyor ve beyindeki birçok hastalık bir tür sinaptik işlev bozukluğu içerdiğinden, potansiyel olarak önemli sağlık sonuçları doğuruyor.”
Fareler yeni bir davranış öğrendikçe, araştırmacılar nöronların dendritleri üzerindeki sinaptik bağlantıları (burada küçük çıkıntılar olarak tasvir edilmiştir) yakından takip ettiler. Kredi: Komiyama Laboratuvarı, UC San Diego
Sinirbilimciler, sinapsların yalnızca kendi “yerel” bilgilerine nasıl erişebildiklerini, ancak toplu olarak “kredi atama sorunu” olarak adlandırılan bir muamma olan geniş yeni öğrenilmiş davranışları şekillendirmeye nasıl yardımcı olduklarını dikkatle incelediler. Bu sorun, tüm koloninin hedefleri hakkında bilgi sahibi olmadan belirli görevler üzerinde çalışan bireysel karıncalara benziyor.
Nöronların aynı anda birden fazla kuralı takip ettiğini bulmak araştırmacıları şaşırttı. Çalışmalarda kullanılan son teknoloji yöntemler, nöronlardaki değişikliklerin girdilerini ve çıktılarını gerçekleşirken görselleştirmelerini sağladı.
Halıcıoğlu Veri Bilimi Enstitüsü ve Kavli Beyin ve Zihin Enstitüsü’nde görev yapan ve Nörobiyoloji (Biyolojik Bilimler Fakültesi) ve Sinir Bilimleri (Tıp Fakültesi) bölümlerinde profesör olan çalışmanın kıdemli yazarı Takaki Komiyama, “Bu keşif, bireysel nöronların farklı hücre altı bölmelerde paralel olarak farklı hesaplamalar gerçekleştirdiği kavramıyla beynin kredi atama problemini nasıl çözdüğünü anlama şeklimizi temelden değiştiriyor” dedi.
Yeni bilgiler, yapay zekânın ve üzerinde çalıştıkları beyin benzeri sinir ağlarının geleceği için umut verici bilgiler sunuyor. Tipik olarak, tüm bir sinir ağı ortak bir plastisite kuralları kümesi üzerinde çalışır, ancak bu araştırma, tekil birimler arasında birden fazla kural kullanarak gelişmiş AI sistemleri tasarlamanın olası yeni yollarını ortaya koymaktadır.
Bulgular, sağlık ve davranış açısından bağımlılık, travma sonrası stres bozukluğu ve Alzheimer hastalığı gibi durumların yanı sıra otizm gibi nörogelişimsel bozuklukları tedavi etmek için yeni bir yol sunabilir.
Wright, “Bu çalışma, bu farklı hastalıklarda neyin yanlış gittiğini daha iyi anlamamızı sağlamak için beynin normalde nasıl çalıştığını anlamaya çalışmanın potansiyel bir temelini oluşturuyor” dedi.
Yeni bulgular araştırmacıları, nöronların aynı anda farklı kuralları nasıl kullanabildiklerini ve birden fazla kural kullanmanın onlara ne gibi faydalar sağladığını anlamak için daha derine inmeye yönlendiriyor.
Kaynak: https://medicalxpress.com
Yapay Nöron ve Sinapslarla Beyin Benzeri Cihazlar Tasarlanacak