Resim, hippocampusun nöronal devrelerini tahrik eden ve yeni bağlamsal bellek sağlayan lokus coeruleus’u göstermektedir. Kırmızı boyama, lokus coeruleusunu belirten norepinefrin taşıyıcı (NET) pozitif hücreleri göstermektedir. Yeşil boyama, ışığa duyarlı önleyici opsin, archaerhodopsin’in (Arch) adeno-ilişkili virüs (AAV) aracılı ifadelerini gösterir. Mavi boyama, beyindeki tüm hücreleri gösterir.
Image: Akiko Wagatsuma, Tonegawa Lab
Bir odaya girdiğinizde beyniniz duyusal bilgilerle bombardımana tutulur. Oda, iyi bildiğiniz bir yerse, bu bilgilerin çoğu zaten uzun süreli bellekte saklanır. Bununla birlikte, oda size yabancıysa, beyniniz neredeyse hemen onun için yeni bir anı yaratır.
MIT’li Nörobilimciler bunun nasıl olduğunu keşfettiler. Locus coeruleus olarak bilinen, beyin sapının küçük bir bölgesi, yeni duyu uyaranlara tepki olarak aktive edilir ve bu aktivite, yeni konumun (mekanın) hafızasını saklamak için hipokampüsün belirli bir bölgesine dopamin salınmasını tetikler.
Picower Biyoloji ve Sinirbilim Bilim Doktoru Profesör Susumu Tonegawa; “Bir deneyimin bazı özelliklerini tamamen yeni bir ortamda ezberleyebilme özelliğine sahibiz ve bu yetenek, sürekli değişen dünyaya adaptasyonumuz için hayati önem taşıyor” diyor.
Araştırmanın kıdemli yazarı Tonegawa, “Bu çalışma, davranışsal olarak ilgili uyarıların uzun süreli hafızaya özel olarak kodlanıp önemli uyarıların tesadüfi olanlara depolandığından emin olmak için devre mekanizmasına yönelik heyecan verici bir cazibe yolu açıyor” diye ekliyor.
Yeni yerler
Yaklaşık 15 yıl önce yayınlanan bir araştırmada Tonegawa’nın laboratuarı, CA3 olarak adlandırılan hipokampusun bir kısmının yeni çevre anıları oluşturmaktan sorumlu olduğunu keşfetti. Yeni bir yere rastlandığında CA3’ün beynin başka bir bölümünden bir sinyal aldığını ve hafıza oluşumunu tetiklediğini öne sürdüler.
Bu sinyalin nöronal aktiviteyi etkileyen nöromodülatörler olarak bilinen kimyasallar tarafından taşınacağına inandılar. CA3, beyin ödül devresinin önemli bir parçası olan hem locus coeruleus (LC) hem de ventral tegmental alan (VTA) adı verilen bir bölgeden nöromodülatör alır. Araştırmacılar LC’ye odaklanmaya karar verdiler, çünkü CA3’e yoğun bir şekilde projeksiyon gösterdikleri ve birçoğu arasında yeniliklere tepki gösterdi.
LC, görsel bilgi, ses ve koku da dahil olmak üzere bir dizi duyumsal girdiye tepki verir, ardından CA3 de dahil olmak üzere diğer beyin alanlarına bilgi gönderir. LC-CA3 iletişiminin rolünü ortaya çıkarmak için, araştırmacılar fareleri genetik olarak tasarladılar, böylece bağlantıları oluşturan nöronların ışığını parlayan bu bölgeler arasındaki nöronal aktiviteyi engelleyebileceklerdi.
Farelerin yeni anıları oluşturma yeteneğini test etmek için, araştırmacılar fareleri daha önce hiç görmediği büyük bir açık alana yerleştirdi. Ertesi gün onları tekrar aynı mekana yerleştirdiler. LC-CA3 bağlantıları bozulmamış olan fareler, ikinci gününde mekanı keşfetmek için çok daha az zaman harcamıştı, çünkü çevre hakkında zaten bilgileri vardı. Bununla birlikte, araştırmacılar mekânı ilk gözlemleme esnasında LC-CA3 bağlantısına müdahale edince, fareler bölgeyi ilk günkü kadar çok araştırdılar. Bu durum, yeni çevrenin belleğini kuramadıklarını ortaya koyuyor.
LC, nöromodülatör dopamini CA3 bölgesine salarak bu etkiyi uyguluyor gibi görünmektedir; şaşırtıcıdır, çünkü LC, hipokampusa norepinefrin için önemli bir kaynak olduğu bilinmektedir. Araştırmacılar, bu dopamin akını, CA3’ün sinapsları güçlendirme ve yeni konumun belleğini oluşturma kabiliyetini artırmaya yardımcı olduğuna inanıyor.
Bu mekanizmanın korkunç olayların anıları gibi diğer bellek türleri için gerekli olmadığını, ancak yeni ortamların belleğine özgü olduğunu fark ettiler. LC ve CA3 arasındaki bağlantılar, CA3’te uzun vadeli uzaysal belleklerin oluşturulması için gereklidir.
Araştırmaya katılmayan University of Edinburgh’daki sinirbilimi profesörü Richard Morris, “Başarılı hafıza oluşumunun seçiciliği, uzun zamandır bir bulmaca olmuştur” diyor. “Bu çalışma, sürecin beyin mekanizmalarının tanımlanmasına doğru uzun bir yol kat ediyor. Locus coeruleus ve CA3 arasındaki yolculukta ortaya çıkan aktivite, yenilik sırasında en güçlü şekilde gerçekleşiyor ve aktivitenin günlük deneyimin temsillerini düzelttiğini, neler olup bittiğini ve nerede olduğumuzu kaydettirmesine yardımcı oluyor “dedi.
Hatırlamayı seçmek
Araştırmacılar, bu mekanizma, hayvanlarda hayatta kalmalarına yardımcı olmak için bir yol olarak gelişti ve zaten tanıdıkları yerlerde beyin gücünü harcamaksızın yeni ortamlar hatırlamalarını sağladığını söylüyor.
Wagatsuma.; “Duyusal bilgilere maruz kaldık, bilinçsizce ne ezberleyeceğimize karar verdik. Bir hayvanın hayatta kalması için, hatırlanması gereken bazı şeyler gerekiyor ve diğer şeyler, tanıdık şeyler, muhtemelen unutulabilir, “diyor.
Hala bilinmeyen, LC’nin bir çevrenin yeni olduğunu nasıl algıladığı. Araştırmacılar, beynin bazı bölümlerinin yeni ortamları depolanmış anılarla veya çevre beklentileri ile karşılaştırabileceğini varsayar ancak bunun nasıl olacağını keşfetmek için daha fazla çalışmaya yapmaya ihtiyaç duyulmaktadır.
Tonegawa “Bir sonraki büyük soru bu” dedi. “Umarım yeni teknoloji bu sorunu çözmeye yardımcı olacaktır.”
Araştırma, RIKEN Beyin Bilimleri Enstitüsü, Howard Hughes Tıp Enstitüsü ve JPB Vakfı tarafından finanse edildi.
Kaynaklar ve İleri Okuma:
http://news.mit.edu/2017/how-brain-selectively-remembers-new-places-1225?utm_source=newsletter&utm_medium=email&utm_campaign=How%20the%20brain%20records%20new%20places%3B%20manifesto%20for%20city%20design%3B%20ultrafine%20fibers%20with%20great%20strength
Bu makaleyi 4 dakikada okuyabilirsiniz.
Moleküler Biyoloji ve Genetik