Araştırmacılar Beyindeki Çalışma Belleği Haritasını Gözden Geçiriyor

Çalışma hafızası sütü unutmadan zihinsel bir alışveriş listesi yapma veya bir sayıyı bir yere yazacak kadar uzun süre ezberleme şeklidir. Ancak işleyen hafıza, başarılı bir iş için bir ön şart olmaktan çok daha fazlasıdır - yaptığımız hemen hemen her şeyin merkezinde bilgiyi kısaca aklımızda tutma yeteneği yatar. Unutkan fareler üzerine yapılan yeni bir araştırmanın gösterdiği gibi, bu becerinin arkasındaki beyin süreçleri genel olarak takdir edilenden daha karmaşıktır.

Cell dergisindeki bir makalede araştırmacılar, çalışan belleğin tek bir beyin alanıyla sınırlı olmadığına, ancak en az iki eşzamanlı aktivite gerektirdiğine dair kanıtlar sunuyorlar. Bulgular, çalışan belleğin beynin sadece bir kısmının işi olduğu şeklindeki uzun süredir devam eden varsayımlara meydan okuyor ve bilim adamlarının genetik ve mekanik temelini tam olarak belirlemesine yardımcı oluyor.

Rockefeller Üniversitesi'nde sinirbilimci olan Priya Rajasethupathy, "Aslında daha önceki araştırmalardan, birden çok beyin yapısının bir şekilde çalışan belleğe dahil olduğuna dair ipuçları vardı" diyor. "Yeni bulgularımız bize bu alanların ne olduğuna ve nasıl katkıda bulunduklarına dair daha somut bilgiler veriyor."

İyi hafızanın bileşenleri

70'ler ve 80'lerdeki öncü çalışmalar, işleyen belleğin sinirsel temellerini beynin prefrontal korteksine kadar izledi. Orada, nöronlar, tek tek nöronlar için milisaniye normundan çok daha uzun, saniyeler ila dakikalar arasında toplu olarak ateşleyerek bilgiyi koruyor gibi görünüyor. Ancak bu mekanizma tek başına çalışan belleğin daha karmaşık yönlerini açıklamıyor - örneğin, birden fazla öğeyi nasıl akılda tutabileceğimizi veya dikkat dağıtıcılarla nasıl yüzleşebileceğimizi ve yine de önemsediğimiz şeyi nasıl hatırlayabileceğimizi açıklamıyor. Jonathan M. Nelson Aile Yardımcı Doçenti Rajasethupathy, "Prefrontal korteksteki kalıcı aktivite önemli olsa da, hikayenin tamamı olamayacağı giderek daha açık hale geldi" diyor.

Rajasethupathy'nin ekibi, bunu daha ayrıntılı bir şekilde araştırmak için Praveen Sethupathy ve Cornell Üniversitesi'ndeki laboratuvarıyla ortaklaşa çalışarak, genetik olarak çeşitli farelerden oluşan özel bir popülasyon arasında çalışma belleğinin nasıl işlediğini araştırdı. Sethupathy, "Standart laboratuar farelerinden farklı olarak, bu fareler insan popülasyonlarınınkini yansıtan bir genetik çeşitliliğe sahiptir." diyor, "Bu bazılarının çalışma belleği görevlerinde çok iyi olduğu ve bazılarının da o kadar iyi olmadığı anlamına gelir ve beyin fizyolojisinin içerisinde neyin bu değişkenliğe yol açtığını çalışabiliriz."

Fareler, hafıza becerilerini göstermek için bir alışveriş listesi okuyamazlar. Ancak bir labirente girdiklerinde, her ziyaretlerinde labirentin yeni bir kolunu keşfetmeyi tercih ederler. Bu nedenle, bir farenin labirent içinde yeni bölgeyi ne kadar başarılı bulduğu onun çalışma belleğinin bir ölçüsüdür.

Beklendiği gibi, bilim adamları farelerin performansında büyük farklılıklar gördüler ve sonraki bir genetik analiz, genomda bu değişkenliğin önemli bir bölümünü (yüzde 17) açıklayabilecek bir yeri vurguladı.

Orada araştırmacılar, hayvanların çalışma hafızası üzerinde çarpıcı etkileri olan bir gen buldular. İfadesini artırarak, bir fareyi şans düzeyinde performans sergileyen bir fareden, onu %80 oranında doğru yapan bir fareye çevirebilirler veya genin ifadesini engelleyerek daha unutkan fareler yaratabilirler.

Genlerden beyin devrelerine

Ekip daha sonra diğer memelilerde ve insanlarda da bulunan bu genin bir farenin beynini ve davranışını nasıl etkilediğini araştırdı. Gen, "yetim reseptör" olarak adlandırılan Gpr12'yi kodlar, çünkü beyindeki hangi molekülün onu aktive ettiği belirsizdir. Araştırmacılar, şaşırtıcı bir şekilde, bu reseptörlerin, çalışma belleğinin varsayılan yeri olan prefrontal kortekste değil, beynin talamusunda çok daha uzaktaki nöronlarda olduğunu buldular.

Yüksek performanslı fareler, talamuslarında düşük performanslı farelere göre bu reseptörlerden yaklaşık 2,5 kat daha fazlasına sahipti. Beyin aktivite kayıtları, bu reseptörlerin, çalışma belleği görevleri sırasında talamus ve prefrontal korteks arasında senkronize aktivite oluşturmaya yardımcı olduğunu ortaya koydu.

Araştırmacılar, bu eşzamanlılığın hafızayı sürdürmek için gerekli gibi göründüğünü buldu: Ne kadar yüksekse, farenin kendisini labirentteki bir çatalda bulduğunda doğru bir "sol veya sağ" seçimi yapma olasılığı da o kadar yüksek oluyordu, bu da önceki bir ziyarette elde edilen bilgileri hatırladığını gösteriyor. Rajasethupathy, "Daha iyi performans gösteren farelerin bu reseptörlerden daha fazlasına sahip olduğunu ve bu nedenle daha fazla senkronizasyon kurabildiğini gösteriyoruz" dedi.

Bulgular, prefrontal korteks ve talamus arasındaki diyaloğun önemli rolünü ortaya çıkararak klasik modelleri genişletiyor ve araştırmacılara çalışan bellek hakkında düşünmeleri için yeni yollar öneriyor. Rajasethupathy ve meslektaşları, Gpr12 reseptörlerinin oynadığı rolün ayrıntılarını araştırmaya devam etmeyi planlıyorlar - bu çalışma, çalışma belleğindeki eksiklikleri tedavi etmek için potansiyel terapötik hedeflere yol açabilecek bir çalışma.

"Çalışan hafıza gibi karmaşık bir bilişsel işlev üzerinde güçlü bir etkiye sahip tek bir gen bulmak nadirdir" diyor. "Ama bu durumda doğru oldu ve bizi çalışan belleğe dahil olan beklenmedik mekanizmalara götürdü."