Anılar Nasıl Oluşur ve Nerede Saklanır?

Öğrenme ve hafıza, zihnimizin en dikkat çekici yetilerinden ikisidir. Öğrenme, dünya hakkında yeni bilgiler edinmenin biyolojik sürecidir; hafıza ise bu bilgilerin zaman içinde saklanması, yeniden yapılandırılması ve bunlara erişilmesi sürecidir. Çoğu insana hafızanın vücutlarının neresinde olduğunu sorduğunuzda, büyük olasılıkla size “Ne kadar aptalca bir soru!” der gibi bakacaklardır. Elbette beyinde. Öyleyse, insan beynine derin bir dalış yapalım ve anıların nerede depolandığını görelim.

Beyninizle Tanışın

Ortalama bir yetişkin beyni yaklaşık 3 kilo ağırlığındadır. Yaklaşık yüzde 75’i sudan oluşur. Beyin, 100 milyar glial hücreden oluşan bir iskele içine yerleştirilmiş, galaksimizdeki yıldızlar kadar, yaklaşık 100 milyar nörondan oluşur. Her nöronun 1.000 ila 10.000 sinapsı (diğer nöronlarla bağlantı) olabilir. Nöron çoğalmasının en aktif dönemi, her dakika 250.000 nöronun oluştuğu ikinci trimesterin ortasında, rahimde gerçekleşir.

Erken deneyimler beynin mimarisi ve yetişkin kapasitelerinin doğası ve kapsamı üzerinde belirleyici bir etkiye sahiptir. Beyin gelişimi doğrusal değildir: farklı türde bilgi ve becerilerin edinilmesi için en uygun zamanlar vardır. Çocuklar üç yaşına geldiklerinde beyinleri çocuk doktorlarınınkinden iki kat daha aktiftir. Ancak uyaralım: küçük çocuklarınız varsa, ergenlik döneminde beyin aktivite seviyeleri düşer.

Merkezi sinir sisteminin temel birimi nöron ya da sinir hücresidir. Nöronlar ağlar halinde işlev görür. Her nöronun sinyalleri alan birkaç bin dendriti (10.000’e kadar) ve nöronun diğer hücrelere sinyal gönderdiği daha sağlam bir yapı olan bir aksonu vardır.

Nöronlar aslında dokunmazlar. Her bir akson yaklaşık 160 farklı nörotransmitter üretir ve bu nörotransmitterler sinaps adı verilen küçük bir boşluktan geçerek, tıpkı bir uzay mekiğinin uzay istasyonuna kenetlenmesi gibi, belirli bir nörotransmitteri almak üzere yapılandırılmış dendritlerin reseptörlerine yerleşir.

Epinefrin, dopamin, serotonin, glutamat ve asetilkolin gibi belirli nörotransmitterlerin hafıza oluşumunda rol oynadığına dair iyi kanıtlar vardır. Her bir nörotransmitterin hafızada hangi rolü oynadığını henüz bilmesek de, nörotransmitterler aracılığıyla nöronlar arasındaki iletişimin yeni anılar geliştirmek için kritik olduğunu biliyoruz.

Ayrıca güçlü duyguların kalıcı anıların oluşumunu tetiklediğine ve daha zayıf duygusal deneyimlerin daha zayıf anılar oluşturduğuna inanılmaktadır; buna uyarılma teorisi denir.

Nöronlar beynin yalnızca yüzde 15’ini oluşturur. Diğer yüzde 85’i ise glial hücrelerden oluşur. Glial hücreler doğumdan birkaç yıl sonrasına kadar sayıca artmaya devam eder. Erken beyin gelişimine rehberlik ederler ve nöronları yaşam boyunca sağlıklı tutarlar. Glial hücreler nöronlar için iskele sağlar ve isimlerinin kökeninden de anlaşılacağı gibi (Yunanca tutkal anlamına gelir) nöronları bir arada tutmaya yardımcı olurlar. Glial hücreler kendi elektriksel uyarılarını boşaltamasalar da nöronların işleyişini etkileyebilirler.

İnsan nöronları, aynı nörotransmitterlerin kullanımına kadar diğer hayvanlarınkine çok benzer. Ancak evrim ağacında yükselen hayvanların beyinleri karşılaştırıldığında, ne kadar yükseğe çıkılırsa bu hayvanların beyinlerinde nöron sayısına oranla o kadar fazla nöronal olmayan glial hücre bulunduğu görülür. Glial hücreler yıllarca sadece macun olarak görülmüştür. Aslında, Glial hücreler nöronlar arasındaki iletişimi kontrol eder ve öğrenmede merkezi bir rol oynar.

Öğrenme ve Hafızanın Temel Teorisi

Hafızaya ilişkin kabul gören bilimsel hipotez benim “Öğrenme ve Hafızanın Temelleri Teorisi” adını verdiğim teoridir. Bu teoriye göre, duyu organlarımızdan gelen sinyaller nöronlarda sinapsislerin güçlenmesini sağlayan belirli proteinlerin üretimini başlatır. Bu proteinler sadece sinapsı oluşturmakla kalmaz, aynı zamanda anıları da kodlar. Tıpkı fiziksel egzersizin yeni proteinler üreterek daha büyük kas kütlesine yol açması gibi, deneyim de sinapslarda, potansiyel olarak sürekli değişen plastik bir beyindeki tüm sinir ağlarında anılar oluşturur. Kısa süreli hafıza mevcut sinapslardaki işlevsel değişikliklerle bağlantılıyken, uzun süreli hafıza sinaptik bağlantıların sayısındaki değişiklik ve beynin mevcut devresinin güçlenmesiyle ilişkilidir.

“Sinir sisteminde sinyal iletimine ilişkin keşifleri” nedeniyle 2000 yılında Nobel Ödülü‘nü Arvid Carlson ve Paul Greengard ile paylaşan ve Columbia Üniversitesi‘nde biyokimya ve biyofizik profesörü olan Eric Kandel, çalışmalarını insan beynindeki yaklaşık 100 milyar sinir hücresine kıyasla yalnızca 20.000 sinir hücresine sahip olan deniz salyangozu Aplysia üzerinde yürüttü. Salyangozun solungaçlarını koruduğu basit bir refleksi vardır ve Kandel, salyangozun uyaranları nasıl öğrendiğini ve hatırladığını incelemek için bu refleksi kullandı. Kısa süreli hafızanın sinapslarda artan nörotransmitter seviyelerini içerdiğini ve uzun süreli hafızanın sinapsdaki protein seviyelerinde değişiklik gerektirdiğini gösterdi.

Bu basit hayvanların nasıl işlediğini öğrendikten sonra fareler üzerinde deneyler yaptı. Bu çalışma, sümüklü böceklerin sinir hücrelerinde meydana gelen aynı süreçlerin, insanları da içeren memelilerde nasıl görülebileceğini anlamasına yardımcı oldu.

Kandel, hafızanın temel yapı taşının sinapsis olduğu sonucuna vardı; burada hem sinapsis öncesi hem de sonrası unsurlar, ilişkili glial süreçlerle birlikte, bireysel bir kimliğe ve farklı bir “komşuluğa” sahip ayrılmaz bir birim oluşturur. Devreyi besleyen dağınık bir hücre grubu içindeki bağlantı gücündeki artış, bir engramın ortaya çıkmasıyla sonuçlanır (engramlar, bir hücre grubu içindeki karmaşık, depolanmış anılardır).

2006 yılında Kandel, “hafıza depolama çalışmalarında şu anda büyük bir dağ silsilesinin eteklerindeyiz… Bulunduğumuz yerden olmak istediğimiz yere giden eşiği aşmak için büyük kavramsal değişimlerin gerçekleşmesi gerekiyor” dedi. Tamamen katılıyorum. Bu makalenin bir sonraki bölümünde göreceğimiz gibi, Kandel’in bellek depolamaya ilişkin hüküm süren nörobilimsel görüşünün değiştirilmesinin zamanı gelmiştir.

Editör: Nur Bersun Aynur – 12.03.2023