Hippokampus ve Mental GPS

Sıçanlar ve GPSleri

İçinde bulunduğumuz ortama göre nerede durduğumuzu ve etrafımızda nelerin olduğunu öğrenmek ve hatırlamak ve bir sonraki adımda nereye gideceğimize karar vermek, yani diğer adıyla navigasyon, kuskusuz ki organizmanın hayatta kalabilmesi için değişilmez bir bilişsel yetenektir. Çoğu zaman bu türden kararlar verirken küresel konumlanma sistemleri yani GPS’e (Global Positioning Systems) başvurmaktan kaçınmayız. Nature dergisinin 18 Nisan 2013 tarihli sayısında çıkan makalelerinde Johns Hopkins Üniversitesi Tıp Fakültesi sinirbilimcileri, Brad Pfeiffer ve David Foster, bu tür bir donanımın hâlihazırda beynimizde yer aldığını gösterdi. Peki, beyinde yer alan bu GPS nasıl çalışmakta?

Kuşkusuz mental bir GPS öncelikle mental bi haritaya gereksinim duyacaktır. Son yüzyılda sıçanlarda ve insanlara yapılan birçok deneyin sonucu bu türden mental bir haritaya sahip olduğumuza işaret ediyor.  Örneğin, 1940’li yıllarda ünlü davranışçı psikolog Edward Tolman sıçanların yönlerini bilişsel bir harita aracılığıyla bulduğunu gösterdi. Tolman’a göre sıçanlar bir labirente bırakıldıklarında sadece sağa sola koşturmanın ötesinde etraftaki ipuçlarını (labirentin bulunduğu odanın kapısı, penceresi vb.) kullanarak o labirentin mental bir haritasını da çıkarmakla uğraşmaktaydılar. Bu yorumu doğrulayan Tolman ve ekibinin deney sonuçları göstermiştir ki daha önce labirentte gezinmiş ve dolayısıyla labirentin mental haritasını çıkarmış sıçanlar bir ödülün (örneğin bir parça peynirin) yerini bu labirenti daha önce hiç görmemiş “naif” sıçanlara göre çok daha hızlı öğrenmiştir. Sonraki yıllarda O’Keefe ve Nadel (1978) adlı iki sinirbilimci bu tur bir mental haritanın beynin hippokampus bölgesinde temsil edildiğini göstermişlerdir. Buna göre hippokampuste bulunan “yer nöronları”(place cells) mental haritada ayrı ayrı yerleri temsil ederler.  Böylelikle sıçan içinde bulunduğu ortamın belli bir yerinde durduğunda bu lokasyona karşılık gelen hippokampal yer nöronu aktive olur (bknz. Figür 1).

Figür 1

Ancak yukarıda da belirttiğimiz gibi Nature dergisinin Nisan 2013’te çıkan sayısında yer alan Pfeiffer ve Foster’in makalesine göre(deneyin haberi için bknz. Schmidt ve Redish, 2013)  hippokampus canlıya sadece bulunduğu yerin diğer yerlere göre göreceli konumunu bildirmekten daha fazlasını yaptığını ortaya koyuyor. Pfeiffer ve Foster’ın deneyinde sıçanlar bir arenanın farklı noktalarına yemek kırıntılarını toplamaları için bırakılmıştır (bknz. Figür 2). Sıçanlar bu lokasyonları öğrendikten sonra beyinlerine hippokampus bölgesinden elektriksel değişiklikleri kaydedecek şekilde elektrotlar yerleştirilmiştir.  Böylelikle araştırmacılar öncelikle sıçanlar hareket ederken arenanın hangi bölgelerinde hangi yer nöronlarının aktive olduğunu saptamışlardır. Deneyin test kısmında ise sıçanlar arenaya tekrar döndürülmüş ve arenada farklı yemek lokasyonlarını ararken yer nöronlarının nasıl davrandığı kaydedilmiştir. İşte tam burada deneyin en ilginç bulgusu yer almakta. Sonuçlara göre deneyin her hangi bir anında sıçanın bulunduğu lokasyona karşılık gelen yer nöronu aktive olmakla kalmamış bununla birlikte yemek kırıntılarına ulaşmak için geçeceği yerlere karşılık gelen nöronlar da aktive olmuştur. Kısacası hippokampal yer nöronları test sırasında bir GPS gibi sıçana gitmesi gereken yerleri de göstermektedir.

Figür 2

Bu deney açıkça gösteriyor ki beynimiz sadece nerede olduğumuzla ilgili bir farkındalık yaratmanın yanında daha önce öğrendiğimiz mental haritaları kullanarak bir GPS görevi de üstlenmekte. Böylelikle beynimiz de GPS aletleri gibi mental harita öğrenildikten sonra cevrede bulunan ipuçlarına bakarak ortamdaki yerimizi saptamanın ötesinde amaçladığımız yere giden en kısa ve belki de en güvenli ya da en kolay yolun haritasını da çıkarıyor. Bu türden mental bir GPSi nasıl daha etkili kullanabileceğimiz ise önümüzdeki yılların araştırmalarına konu olacak gibi.

Münir Güneş Kutlu

Kaynakça

O'Keefe, J., & Nadel, L. (1978). The hippocampus as a cognitive map (Vol. 3, pp. 483-484). Oxford: Clarendon Press.

Pfeiffer, B.E., & Foster, D.J. (2013). Hippocampal place-cell sequences depict future paths to remembered goals. Nature; advance online publication.

Schmidt, B. & Redish, A.D. (2013). Neuroscience: Navigation with a cognitive map. Nature; advance online publication.

Tolman, E.C., Gleitman, H. (1949). Studies in spatial learning; place and response learning under different degrees of motivation. Journal of experimental psychology, 39 (5): 653–9.