Beynimiz Bilgiyi Nasıl İşler?

peterschreiber.media/iStockphoto.com

Düşünmek, konuşmak, bir yüzü hatırlamak ya da yeni bir bilgi öğrenmek gibi zihinsel süreçler, büyük ölçüde nöronlar arasındaki iletişim sayesinde gerçekleşir. Nöronlar birbirlerine doğrudan temas etmeden, aralarındaki “sinaps” adı verilen küçük bağlantı bölgeleri üzerinden haberleşir. Nöronlar arasındaki iletişimde hem elektriksel hem de kimyasal sinyaller kullanılır. Bu iletişim sırasında “nörotransmitter” adı verilen kimyasal maddeler görev alır.

Öğrenme, beynin yalnızca yeni hücreler üretmesinden çok mevcut sinir hücreleri (nöronlar) arasındaki bağlantıları değiştirmesiyle ilişkilidir. Yeni bir bilgi öğrendiğimizde bazı sinaptik bağlantılar güçlenir bazıları ise zayıflayabilir. Beynin deneyimlere göre bağlantılarını değiştirebilme özelliğine “sinaptik plastisite” adı verilir. Bu özellik, öğrenmenin ve belleğin biyolojik temellerinden biridir.

Öğrenme ve bellek aynı şey mi?

Günlük yaşamda “öğrenme” ve “bellek” kavramlarını çoğu zaman aynı anlamda kullanırız. Ancak nörobilim açısından bu iki süreç birbirinden farklıdır. Öğrenme, yeni bir bilginin ya da becerinin edinilmesi sürecidir. Bellek ise öğrenilen bilginin saklanması ve gerektiğinde tekrar kullanılabilmesidir. Örneğin yeni bir telefon numarasını ilk kez duymak öğrenme ile ilgilidir. Bu numarayı saatler ya da günler sonra hatırlayabilmek ise belleğin görevidir.

Bilgiler beynimizde tek bir aşamada kalıcı hâle gelmez. Öncelikle bir bilgi ya da beceri kısa süreli bellekte ya da çalışma belleğinde tutulur. Kısa süreli bellek, sınırlı miktardaki bilgiyi kısa bir süre boyunca saklayabilen geçici bir sistemdir. Örneğin bir arkadaşımızın söylediği bir numarayı birkaç saniye akılda tutabilmemiz bu sayede mümkün olur. Çalışma belleği ise yalnızca bilgiyi kısa süreli tutmakla kalmaz, aynı zamanda o bilgi üzerinde işlem yapmamıza da yardımcı olur. Bir sayıyı zihinden toplamak ya da bir cümlenin başını akılda tutup sonuyla ilişkilendirmek, çalışma belleğinin devreye girdiği durumlara örnek verilebilir. Ancak bazı bilgiler tekrar edildiğinde, dikkatle işlendiğinde veya duygusal olarak önem taşıdığında daha kalıcı hâle gelir. Bu süreçte bilgiler uzun süreli bellekte depolanır ve zamanla pekişir. Uzun süreli bellek günler, yıllar hatta bazen bir ömür boyunca saklanabilen bilgileri içerir. Bilim insanları, kısa süreli olarak işlenen bir bilgini uzun süreli bellekte kalıcılaşmasının sinir hücreleri arasındaki bağlantıların değişmesiyle yakından ilişkili olduğunu düşünmektedir. Özellikle tekrar edilen bilgiler, sinir hücreleri arasındaki iletişimi güçlendirerek daha kolay hatırlanabilir hâle gelir. Bu durumun temelinde ise beynin en önemli özelliklerinden biri olan sinaptik plastisite bulunur.

Beyin öğrenirken ne değişir?

Eskiden bilim insanları öğrenmenin yalnızca yeni bilgi depolamak anlamına geldiğini düşünüyordu. Günümüzde ise öğrenme sırasında beynin fiziksel yapısında ve işleyişinde küçük ama önemli değişiklikler meydana geldiğini biliyoruz. Bir bilgiyi tekrar ettiğimizde veya yeni bir deneyim yaşadığımızda, bazı nöronlar arasındaki bağlantılar güçlenir. Bu değişebilme yeteneği sinaptik plastisitedir. Sinaptik plastisiteyi, beynin deneyimlere göre kendini yeniden düzenleyebilme özelliği olarak düşünebiliriz. Beyin, sık kullanılan bağlantıları güçlendirirken daha az kullanılan bağlantıları zayıflatabilir. Bu sayede öğrenilen bilgiler daha kalıcı hâle gelir ve gerektiğinde daha kolay hatırlanabilir. Yani öğrenme yalnızca zihinsel bir süreç değildir, aynı zamanda nöronlar arasındaki bağlantılarda meydana gelen biyolojik değişimlerle de ilgilidir.

Bilim insanlarının öğrenme ve bellek ile ilişkilendirdiği en önemli mekanizmalardan biri ise “uzun süreli güçlenme” anlamına gelen Long-Term Potentiation’dır (LTP). LTP sırasında iki nöron arasındaki iletişim tekrar tekrar gerçekleştiğinde, sinaptik bağlantı giderek daha güçlü hâle gelir. Böylece aynı sinyal gelecekte daha kolay iletilebilir. Bu nedenle tekrar edilen bilgiler genellikle daha kolay öğrenilir. Aynı mekanizma, öğrenilen bilgilerin daha hızlı hatırlamasını da kolaylaştırır.

Bu süreçte glutamat adlı nörotransmitter önemli bir rol oynar. Glutamat, sinapslarda uyarıcı sinyallerin iletilmesini sağlar. Özellikle NMDA ve AMPA adı verilen reseptörler, öğrenme sırasında sinaptik bağlantıların güçlenmesinde kritik görev üstlenir. Bir sinaps yeterince güçlü şekilde uyarıldığında hücre içine kalsiyum iyonları girer. Bu durum, sinir hücresinde çeşitli biyokimyasal süreçleri başlatarak bağlantının daha güçlü hâle gelmesini sağlar. Ancak glutamat etkinliğinin dengede olması gerekir. Çünkü aşırı glutamat aktivitesi sinir hücreleri için zararlı olabilir. Bu nedenle beyinde glutamat düzeyi, özel taşıyıcı sistemler ve destek hücreleri tarafından hassasiyetle kontrol edilir. Öğrenmenin en etkileyici yönlerinden biri de budur: Her yeni bilgi, beynimizde o bilgiyle ilişkili bağlantıların küçük de olsa yeniden düzenlenmesine neden olur.

Pikovit44/iStockphoto.com

Bellekte hipokampus ve amigdalanın rolü

Beynimizde öğrenme ve bellek süreçlerinde görev alan birçok bölge bulunur. Ancak bunlardan ikisi özellikle dikkat çeker: hipokampus ve amigdala. Hipokampus, beynin temporal lobunda yani şakak lobunda yer alan ve yeni anıların oluşmasında önemli rol oynayan bir yapıdır. Özellikle yaşadığımız olayların, öğrendiğimiz bilgilerin ve mekânsal bilgilerin bellekte kalıcılaşmasında görev alır. Örneğin yeni tanıştığımız bir kişinin adını öğrenmek, yeni bir şehirde yön bulmayı hatırlamak veya sınav için çalışılan bilgilerin kalıcı hâle gelmesi gibi süreçlerde hipokampus aktif olarak çalışır. Hipokampus, bilgilerin yalnızca geçici olarak tutulduğu bir alan değildir; yeni deneyimlerin uzun süreli belleğe dönüşmesinde ve farklı beyin bölgeleriyle ilişkilendirilmesinde önemli görevler üstlenir.

Hipokampusun bellekteki önemi, bazı nörolojik hastalıklarda daha belirgin biçimde görülür. Özellikle Alzheimer hastalığının erken dönemlerinde hipokampusun etkilenmesi, yeni bilgilerin öğrenilmesini ve yakın dönem anıların hatırlanmasını zorlaştırabilir. Bu nedenle yakın zamanda yaşanan olayları unutmak ya da yeni bilgileri öğrenmekte güçlük çekmek, Alzheimer hastalığının erken belirtileri arasında yer alır.  

Bellek süreçlerinde görev alan bir diğer önemli yapı ise amigdaladır. Amigdala özellikle korku, stres ve duygusal olaylarla ilişkili bellek süreçlerinde önemli rol oynar. Bilim insanları, amigdalanın duygusal olaylar sırasında diğer bellek sistemlerini etkileyerek bazı anıların daha güçlü biçimde kaydedilmesine katkı sağladığını düşünmektedir. Bu nedenle duygusal olarak güçlü olayları genellikle daha iyi hatırlarız. Örneğin heyecan verici bir an, büyük bir korku ya da bizi derinden etkileyen bir olay, sıradan bir güne göre belleğimizde çok daha kalıcı olabilir.

Bellek oluşumu yalnızca tek bir beyin bölgesinin çalışmasıyla gerçekleşmez; hipokampus, amigdala, talamus, prefrontal korteks ve beynin farklı bölgeleri birlikte çalışarak karmaşık bir iletişim ağı oluşturur. Bu sayede yaşadığımız deneyimler anlamlandırılır, depolanır ve gerektiğinde yeniden hatırlanabilir. Bir başka deyişle bellek, beynin tek bir noktasında duran sabit bir kayıt değil, farklı bölgelerin birlikte çalışmasıyla oluşan dinamik bir süreçtir.

Neden unutuyoruz?

Günlük yaşamda bazen yıllar önce yaşadığımız bir olayı ayrıntılarıyla hatırlarken, birkaç gün önce öğrendiğimiz bir bilgiyi kolayca unutabiliriz. Peki beynimiz neden bazı bilgileri saklarken bazılarını hızla kaybeder?

Bu soruyla ilgili en bilinen çalışmalardan biri, Alman psikolog Hermann Ebbinghaus tarafından yapılmıştır. Ebbinghaus, öğrenilen bilgilerin zamanla hızla unutulduğunu gösteren “unutma eğrisi”ni ortaya koymuştur. Bu modele göre öğrenilen bilginin büyük bir kısmı, tekrar edilmezse ilk saatler ve günler içinde kaybolmaya başlar. Ancak belirli aralıklarla yapılan tekrarlar, bilginin bellekte çok daha uzun süre kalmasını sağlar. Bu nedenle sınavdan önce tek seferde uzun süre çalışmak yerine bilgiyi zamana yayarak tekrar etmek genellikle daha etkili bir öğrenme yöntemi olarak kabul edilir. Aralıklı tekrar, öğrenilen bilginin farklı zamanlarda yeniden etkinleştirilmesini sağlar. Bu da ilgili sinir ağlarının güçlenmesine ve bilginin uzun süreli bellekte daha sağlam biçimde yer edinmesine katkıda bulunur.

Unutmayı etkileyen başka faktörler de vardır. Dikkat eksikliği, yetersiz uyku, stres ve duygusal durumlar öğrenilen bilgilerin kalıcılığını değiştirebilir. Özellikle uyku sırasında beynin gün içinde edinilen bilgileri yeniden düzenlediği ve bazı anıları güçlendirdiği düşünülmektedir. İlginç bir şekilde beynimiz her bilgiyi aynı önemde değerlendirmez. Hayatta kalma açısından önemli olabilecek bilgiler belleğe genellikle daha güçlü biçimde kaydedilir. Bu nedenle korku, stres veya yoğun duygu içeren olaylar çoğu zaman daha zor unutulur. Örneğin sıradan bir okul gününü ayrıntılarıyla hatırlamayabiliriz; ancak bizi çok heyecanlandıran, korkutan veya derinden etkileyen bir olayı yıllar sonra bile anımsayabiliriz. Bilim insanları bunun nedenlerinden birinin amigdalanın duygusal olaylar sırasında bellek sistemlerini daha güçlü biçimde etkinleştirmesi olduğunu düşünmektedir.

Belki de beynimizin en etkileyici özelliklerinden biri budur: Beyin yalnızca bilgi depolayan bir organ değildir; aynı zamanda hangi bilgilerin önemli olduğuna karar veren, sürekli değişen ve kendini yeniden düzenleyen canlı bir sistemdir.

Beynimiz yaşam boyunca nasıl öğrenir?

İnsan beyni yaşam boyunca değişebilme özelliğine sahiptir. Uzun yıllar boyunca bilim insanları beynin çocukluk döneminden sonra büyük ölçüde sabit kaldığını düşünüyordu. Ancak günümüzde beynin deneyimlere göre yeniden şekillenebildiğini biliyoruz. Yeni bir dil öğrenmek, müzik aleti çalmak, spor yapmak ya da düzenli tekrarlarla çalışmak, sinir hücreleri arasındaki bağlantıları değiştirebilir. Beyin, kullanılan bağlantıları güçlendirirken kullanılmayan bazı bağlantıları zamanla zayıflatabilir. Bu durum beynin enerji kullanımını daha verimli hâle getirmesine de yardımcı olur. Bu nedenle öğrenme yalnızca okul çağında gerçekleşen bir süreç değildir; beynimiz yaşam boyunca yeni deneyimlere uyum sağlamaya devam eder.

Bilim insanları özellikle son yıllarda öğrenme ve bellek mekanizmalarını daha iyi anlayabilmek için yoğun çalışmalar yürütüyor. Bellek oluşumunda görev alan moleküller, sinaptik değişiklikler ve beyin ağları üzerine yapılan araştırmalar, Alzheimer hastalığı, travmatik beyin hasarı ve çeşitli nörolojik hastalıkların anlaşılmasına da katkı sağlıyor. Öğrenme ve bellek hâlâ beynin en karmaşık ve tam olarak çözülememiş işlevlerinden biri olarak kabul ediliyor. Ancak bugün bildiğimiz en önemli gerçeklerden biri şu: Öğrendiğimiz her yeni bilgi, beynimizde küçük de olsa biyolojik bir iz bırakıyor. Bu nedenle insan beyni, evrendeki en karmaşık yapılardan biri olarak görülmeye devam ediyor.

Sonuç: Öğrenmek beyni değiştirir

Bir bilgiyi öğrenmek, yalnızca onu “hatırlamak” anlamına gelmez. Öğrenme sırasında beynimizdeki sinir hücreleri arasındaki bağlantılar değişir, bazı sinapslar güçlenir ve yeni iletişim ağları oluşur. Yani her yeni deneyim, beynimizde küçük de olsa biyolojik bir iz bırakır. Bugün bir şiiri ezberleyebilmemiz, yıllar önce öğrendiğimiz bir melodiyi hatırlamamız ya da bisiklet sürmeyi unutmamamız, beynimizin bu değişebilme yeteneği sayesinde mümkündür.

Üstelik beynimiz yalnızca bilgi depolayan pasif bir organ değildir. Dikkat, duygu, tekrar, uyku ve deneyim gibi etkenlere bağlı olarak bazı bilgileri güçlendirir, bazılarını ise zamanla geri plana iter. Duygusal olayların daha kalıcı olması ya da tekrar edilen bilgilerin daha iyi öğrenilmesi de bu nedenle gerçekleşir. Bilim insanları öğrenme ve bellek mekanizmalarını hâlâ tam olarak çözebilmiş değil. Ancak bugün biliyoruz ki düşüncelerimiz, anılarımız ve deneyimlerimiz beynimizde sürekli değişen canlı bir ağ oluşturur. Öğrenmenin en etkileyici yönlerinden biri de budur: Okuduğumuz her yeni bilgi ve yaşadığımız her yeni deneyim, beynimizi yapısal ve işlevsel olarak biraz daha değiştirir.

Kaynaklar:

• Herculano-Houzel, S. (2009). The human brain in numbers: A linearly scaled-up primate brain. Frontiers in Human Neuroscience, 3, 31.
• Bliss, T.V.P., & Collingridge, G.L. (1993). A synaptic model of memory: Long-term potentiation in the hippocampus. Nature, 361(6407), 31-39.
•  
• Neves, G., Cooke, S.F., & Bliss, T.V.P. (2008). Synaptic plasticity, memory and the hippocampus: A neural network approach to causality. Nature Reviews Neuroscience, 9(1), 65-75.
• Squire, L.R., & Wixted, J.T. (2011). The cognitive neuroscience of human memory since H.M. Annual Review of Neuroscience, 34, 259-288.
•  
• Squire, L.R., Wixted, J.T., & Clark, R.E. (2007). Recognition memory and the medial temporal lobe: A new perspective. Nature Reviews Neuroscience, 8(11), 872-883.
• Bliss, T.V.P., & Cooke, S.F. (2011). Long-term potentiation and long-term depression: A clinical perspective. Clinics, 66(Suppl 1), 3-17.
• Lynch, M.A. (2004). Long-term potentiation and memory. Physiological Reviews, 84(1), 87-136.
• Bliss, T.V.P., & Collingridge, G.L. (2013). Expression of NMDA receptor-dependent LTP in the hippocampus: Bridging the divide. Molecular Brain, 6, 5.

Yazar Hakkında:

Doç. Dr. Güven Akçay

Bolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi Tıp Fakültesi, Biyofizik Anabilim Dalı