Skip to content Skip to navigation

Yolumuzu Bulmamızı Sağlayan Sistemin Keşfi Nobel Kazandırdı

İlay Çelik
10/12/2014 - 09:30

Duyular denince aklımıza işitme, görme, koklama, tat alma ve dokunma duyularımız gelir. Ancak bu beş duyumuz kadar bariz olmasa da çevremizle ilişki kurarak hayatta kalmamıza yardımcı olan ve bir çeşit duyu olarak nitelendirebileceğimiz başka algısal işlevlerimiz de var. İşte bunlardan birisi yer-yön duygumuz.

Her zaman farkında olmasak da nerede olduğumuzu bilmemizi, bir yerden bir yere giderken yolumuzu bulmamızı ve bir yere tekrar giderken aynı yolu hatırlamamızı sağlayan içsel bir becerimiz var. İşte bu yılın Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü’ne bu içsel becerinin beynimizdeki hücreler düzeyinde nasıl gerçekleştiğini ortaya çıkaran üç bilim insanı layık görüldü. Ödülün yarısı John O'Keefe’nin diğer yarısıysa May-Britt Moser ve Edvard I. Moser’ın olacak.

İçsel Konumlandırma Sistemimiz

Hem bilim insanları hem de felsefeciler yüzyıllar boyunca bu becerinin altında yatan mekanizmaları merak etti. Yer-yön duygumuzun hücresel düzeydeki temellerinin anlaşılmaya başlanması ise 1970’lere dayanıyor.

John O'Keefe 1971 yılında beynimizdeki konumlandırma sisteminin ilk bileşenini buldu. Sıçan beyni üzerinde çalışan O'Keefe beynin hipokampus denen bölgesinde, sıçan, bir odanın hep belirli bir yerindeyken etkinleşen bir sinir hücresi tipi keşfetti. Sıçan, odanın başka yerlerindeyken de başka sinir hücreleri etkinleşiyordu. O'Keefe “yer hücreleri” adını verdiği bu hücrelerin odanın bir haritasını oluşturduğu sonucuna vardı.

Otuz yıldan fazla bir süre sonra, 2005 yılında, May-Britt ve Edvard Moser beynin konumlandırma sisteminin bir başka kilit bileşenini keşfetti. May-Britt ve Edvard Moser, “şebeke hücreleri” denen ve bir koordinat sistemi oluşturarak hassas bir şekilde konum ve yol bulmayı sağlayan sinir hücrelerini keşfetti. Daha sonra yaptıkları araştırmalar da yer ve şebeke hücrelerinin konum ve yol bulmayı nasıl sağladığını ortaya koydu. 

Konumlandırma Sistemimizin Sırları Aydınlanıyor

Yer duygumuz ve yön bulma becerimiz beynimizin en temel işlevleri arasında. Yer duygusu, vücudumuzun bulunduğumuz ortam içindeki konumuna yönelik bir algı sağlar. Bu duygu, yön bulma sırasında bir uzaklık ve yön duygusuyla bağlantılı olarak işler. Bu uzaklık ve yön duygusu ise hareketi ve önceki konumların bilgisini temel alır. Çevremizi tanıyıp hatırlayarak yolumuzu bulmamız bu mekânsal işlevler sayesinde mümkün olur.

John O’Keefe beynin davranışları nasıl kontrol ettiğini merak ediyordu ve sinir hücrelerinin davranışlarla bağlantılı etkinliklerini inceliyordu. Bir gün bir odada serbestçe gezinen sıçanların beyinlerini incelerken ilginç bir olguyla karşılaştı. O’Keefe sıçanların hipokampus denen bölgesindeki ayrı ayrı hücrelerden gelen sinyalleri kaydediyordu. Bu bölgedeki belirli sinir hücrelerinin, hayvan ortam içinde belirli bir konumdayken etkinleştiğini keşfetti (Şekil 1). O’Keefe bu “yer hücreleri”nin beyinde, canlının içinde bulunduğu ortamın bir haritasını oluşturduğunu gösterdi. Buna göre farklı yer hücreleri farklı yerlerde etkinleşebiliyor, pek çok yer hücresinin birlikte etkinliği ise belirli bir ortamı temsil eden içsel bir harita oluşturuyor. Belirli bir ortama ilişkin anımız yer hücrelerinin belirli bir kombinasyonu biçiminde saklanıyor. Dolayısıyla yer hücreleri nerede olduğumuzu bilmemizi sağlayan yer duygumuz için bir dayanak oluşturuyor.

Şekil 1. Yer hücreleri. Sağda bir sıçan şematik olarak gösteriliyor. Beynin içinde yer hücrelerinin bulunduğu hipokampus bölgesi görülüyor. Soldaki gri kare ise sıçanın üzerinde gezindiği açık alanı gösteriyor. Yer hücreleri, sıçan mekân içinde belirli bir yere ulaşınca etkinleşiyor. Karenin içindeki noktalar bir yer hücresinin etkinleştiği konumu gösteriyor. Farklı yer hücreleri, sıçan alanda farklı konumlardayken etkileşiyor.

May-Britt ve Edvard Moser’sa bir odada gezinen sıçanlarda hipokampusun kurduğu sinirsel bağlantıları haritalıyordu. Bu sırada beynin yakın bir bölgesi olan entorinal korkekste çok şaşırtıcı bir etkinlik örüntüsü keşfettiler. Sıçan bulunduğu ortamda belirli konumlardan geçerken bu bölgedeki belirli hücreler etkinleşiyordu. Üstelik bu hücrelerin etkinliğini tetikleyen konumların oda içindeki dağılımı incelendiğinde bir arı kovanındaki peteklerin köşeleri gibi altıgenler biçiminde bir düzen sergilediği görüldü (Şekil 2). 

Şekil 2. Şebeke hücreleri. Şebeke hücreleri sağdaki beyin şemasında maviyle gösterilen entorinal korkekste bulunuyor. Her bir şebeke hücresi, hayvan alan içinde belirli konumlara ulaştığında etkinleşiyor. Bu konumlarsa alan içinde altıgenler oluşturacak şekilde bir örüntü sergiliyor.

 

Sonuçta topluca “şebeke hücreleri” olarak adlandırılan bu hücrelerin mekânda yön bulmayı sağlayan bir koordinat sistemi oluşturduğu anlaşıldı. Bu hücreler, entorinal kortekste bulunan ve başın yönü ile odanın sınırlarını tanımayı sağlayan başka hücrelerle birlikte çalışarak hipokampustaki yer hücreleriyle sinirsel devreler kuruyor. İşte bu devre sistemi beynimizde kapsamlı bir konumlandırma sistemi oluşturuyor (Şekil 3).

Şekil 3. Entorinal korteksteki şebeke hücreleri maviyle, hipokampustaki yer hücreleri sarıyla gösteriliyor.

 

 

 

Hem beyin görüntüleme teknikleriyle yapılan yeni araştırmalar hem de nörolojik ameliyatlar geçiren hastalar üzerindeki incelemeler, yer ve şebeke hücrelerinin insanlarda da bulunduğuna ilişkin kanıtlar ortaya çıkardı. Alzheimer hastalarında hipokampus ve entorinal korteks sıklıkla erken bir aşamada etkileniyor ve bu bireyler yollarını kaybediyor ve çevrelerini tanıyamıyor. Dolayısıyla beynin konumlandırma sistemine ilişkin bilgiler bu hastalarda görülen sarsıcı mekânsal hafıza kaybının altında yatan mekanizmaların anlaşılmasına katkı sağlayabilir.

Beynin konumlandırma sisteminin keşfi, beynimizdeki özelleşmiş hücre birliklerinin birlikte çalışarak nasıl üst düzey işlevler yürüttüğüne ilişkin anlayışımızda yeni bir çığır açtı. Bu önemli keşif hafıza, düşünme ve planlama gibi başka bilişsel süreçlerin anlaşılmasına yönelik açılımlar da sağladı.

Kaynaklar:

1

İlgili İçerikler

Beyin ve Sinir Bilim

Sevgili gençler, önce geçen ay sorduğumuz problemin çözümünü sizlerle paylaşıyoruz: Klavdiya Tuşavina, Smena, 1938.

Beyin ve Sinir Bilim

1999’da vizyona giren Matrix filminde ana karakter Neo, Headjack olarak isimlendirilen bir beyin-bilgisayar arayüzü sayesinde Matrix dünyasına girebiliyordu. Neo’nun kafatasının arkasında yer alan bağlantı girişi sayesinde bu cihaz binlerce küçük bağlantı boyunca beynin derinliklerine ulaşabiliyordu. Headjack bilgisayarlara bağlanıyor ve bu şekilde insanlar bir sanal gerçeklik dünyası olan Matrix'e giriş yapabiliyordu.

Beyin ve Sinir Bilim

Satranç köşesinde bu ay Temmuz 2019 probleminin çözümüne ve Ağustos 2019 problemine yer veriyoruz. 

Beyin ve Sinir Bilim

Çok acıktığınızı ve arkadaşlarınızla beraber en sevdiğiniz ev yapımı hamburgerciye gittiğinizi hayal edin. Büyük bir iştahla siparişinizi verdiniz. Ancak yan masada oturan kişi meyve suyunu höpürdeterek içiyor. Çok rahatsız oluyor ve hemen orayı terk ediyorsunuz.

Beyin ve Sinir Bilim

Bazen zamanın nasıl geçtiğini anlayamayız. Akşam olmak üzeredir ancak biz hâlâ gün ortasındaymışız gibi hissederiz. Bunun tam tersine trafiğin çok yoğun olduğu bir yerde zaman bir türlü geçmek bilmez. Peki nasıl oluyor da beynimiz zamanı farklı biçimlerde algılayabiliyor?

Beyin ve Sinir Bilim

Satranç köşesinde bu ay Haziran 2019 probleminin çözümüne ve Temmuz 2019 problemine yer veriyoruz. 

Beyin ve Sinir Bilim

Hiç elinizin ya da ayağınızın uyuşması nedeniyle art arda iğneler batıyormuş gibi hissettiğiniz oldu mu? Karıncalanma dediğimiz bu olay uzun süre alışılmadık pozisyonda durduğumuzda ortaya çıkar.

Beyin ve Sinir Bilim

Satranç köşesinde bu ay Mayıs 2019 probleminin çözümüne ve Haziran 2019 problemine yer veriyoruz. 

Beyin ve Sinir Bilim

Uluslararası bir araştırma grubu, farelerin gözlerine nanoparçacıklar (boyutları metrenin milyarda biri ölçeğinde olan parçacıklar) enjekte ederek kızılötesi ışığı algılamalarını sağladı. Çalışma ile ilgili makale Dr. Yuqian Ma ve arkadaşları tarafından Cell’de yayımlandı.

Beyin ve Sinir Bilim

Satranç köşesinde bu ay Nisan 2019 probleminin çözümüne ve Mayıs 2019 problemine yer veriyoruz.