İnsan Beynini Diğer Bütün Hayvanların Beyninden Farklı Kılan Nedir?

 

İnsan beynini, bize en yakın olan primat maymun da dâhil, diğer bütün hayvanların beyninden farklı kılan nedir? Amerika Birleşik Devletleri’ndeki Yale Üniversitesi’nde araştırmacılar, insan türüne ait olan özellikleri dört primat maymun türünün Prefrontal Korteksleri’ndeki hücre türlerinin analizini yaparak belirlediler. Araştırmanın raporu Science dergisinin 25 Ağustos 2022 tarihli sayısında yayınlandı. Araştırmacılar bizi “İnsan” yapan şeyin, nöropsikiyatrik hastalıklara karşı duyarlı hale getirdiğini de keşfettiler.  

Ekip araştırma için bilhassa primatlara özgü olan ve üst seviye kavramadan sorumlu beyin bölgesi Dorsolateral Prefrontal Korteks’i incelediler. Bilim insanları; Tek-hücreli RNA-dizilim Tekniği’ni kullanarak yetişkin insanlardan, şempanzelerden, makak ve marmoset maymunlarından topladıkları yüzlerce hatta binlerce genin ifadesinin profilini çıkardılar.

Yale Üniversitesi’ndeki Harvey ve Kate Cushing Nörobilim bölümü Genetik ve Psikiyatri Karşılaştırmalı Tıp Profesörü olan Nenad Sestan, şunları söyledi: "Bugün beynin Dorsolateral Prefrontal Korteks bölümünü insan kimliğinin adeta temel bir bileşeni olarak görüyoruz fakat bu bölgenin neden insan beynini eşsiz hâle getirdiğini ve diğer primat türlerinden ayırdığını anlayabilmiş değiliz. Fakat şimdi bununla ilgili daha fazla ipucuna sahibiz.”

Bunu yanıtlamak için araştırmacılar, önce insanlarda veya diğer analiz edilen insan olmayan primat türlerinde benzersiz bir şekilde bulunan herhangi bir hücre tipi olup olmadığını araştırdılar. Benzer gen ifadesi profillerine sahip hücreleri grupladıktan sonra, 109 ortak primat hücre tipini ve ayrıca tüm türler için ortak olmayan beş hücre tipini ortaya çıkardılar. Bunlar, yalnızca insanlarda bulunan bir tür mikrogliya veya beyne özgü bağışıklık hücresi ve yalnızca insanlar ve şempanzeler tarafından paylaşılan ikinci bir türü içeriyordu.

İnsana özgü mikrogliya tipi; gelişim ve yetişkinlik boyunca var oluyor, araştırmacılar, hücrelerin hastalıklarla savaşmaktan ziyade beyin bakımının korunmasında rol oynadığını öne sürüyorlar.

Sestan, sözlerini şöyle tamamladı: "Biz insanoğlu diğer primat türlerine nazaran kendimize özgü bir yaşam stiliyle çok farklı bir çevrede yaşıyoruz. Gliya hücrelerimiz, mikrogliya da dâhil, bu farklılıklara karşı çok duyarlılar. İnsan beyninde bulunan mikrogliya türü, bağışıklık sisteminin çevreye verdiği tepkiyi temsil ediyor olabilir.”

Ayrıca mikrogliya’daki gen ifadesinin bir analizi, insana özgü başka bir sürprizi ortaya çıkardı: FOXP2 Geni’nin varlığını! Bu keşif büyük ilgi uyandırdı çünkü FOXP2’nin varyantları, hastaların dil veya konuşma üretmekte zorlandıkları bir durum olan sözel dispraksi ile bağlantılıydı! Diğer araştırmalar da FOXP2 geninin otizm, şizofreni ve epilepsi gibi nöropsikiyatrik hastalıklarla bağlantılı olduğunu ispatladı.

Sestan ve meslektaşları bu genin primat türüne özgü gen ifadesini uyarıcı nöronların altkümesinde sergilediğini ve insan türüne özgü gen ifadesini de mikrogliya’da sergilediğini keşfettiler.

Çeviren: Esin Tezer

https://www.sciencedaily.com/releases/2022/08/220825164033.htm’den alıntı yapılarak çevrilmiştir.

İNSAN BEYNİ VE YAPAY ZEKÂ AL’İN BEYNİNİN ÖĞRENMESİ ARASINDAKİ FARK, BEYİN HÜCRESİ FARKLILIKLARINDAN KAYNAKLANIYOR

İngiltere, Imperial College Londra'daki  araştırmacılar; beyin hücreleri arasındaki değişkenliğin öğrenmeyi arttırdığını, beynin performansını ve geleceğin yapay zekâsı Al’i geliştirdiğini keşfettiler.

Yeni yapılan  bir araştırma; beyin ağlarındaki simülasyonların tekil nöronların elektriksel özelliklerini büktüklerinde, ağların benzer hücrelerden daha hızlı öğrendiğini keşfetti.

Araştırmanın yazarları; buldukları sonuçların beyinlerimizin neden başarılı olduğunu açıklamada ve sesleri, yüzleri tanıyan veya otomobil teknolojisinde kendi kendimize otomobil kullanmamızı sağlayan dijital asistanları, yapay zekâ sistemlerini geliştirmede yardımcı olacağını söylüyorlar.

Araştırma tezinin ilk yazarı, İngiltere Imperial College Londra'da Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü'nde doktora öğrencisi olan Nicolas Perez konuyla ilgili şunları söyledi: "Beynin karmaşık görevleri çözmede başarılı olması için enerjisinin yeterli olmaya ihtiyacı var. Bizim araştırmamız, iki beyinde değişik türden nöronlar olduğunu ve yapay zeka Al sistemlerinin  iki gereksinimi de karşıladığını ve öğrenmeyi arttıracağını ispatlıyor."  Araştırmanın sonuçları Nature Communications adlı dergide yayınlandı.

Bir Nöron Neden Kar Tanesi Gibi?

Beyin; etrafımızdaki dünyayı tanımamıza olanak sağlayan geniş nöral ağlarla bağlı "nöron" adlı milyarlarca hücreden oluşuyor. Nöronlar, tıpkı kar taneleri gibiler. Uzaktan aynı gibi gözüküyorlar fakat denetlendiklerinde hiçbirinin birbirine benzemediği görülüyor.

Buna karşılık, yapay zekâ nöral ağında ise durum bunun tam tersi. Al'in teknolojisindeki nöronlar birbirinin aynısı fakat sadece bağlantıları değişkenlik gösteriyor. Al'in nöral bağlantıları gelişmiş hızlı teknolojiye rağmen insan beyni kadar hızlı ve doğru öğrenmiyordu. Araştırmacılarımız da bunun Al'in hücre değişkenliğine sahip olmamasından dolayı olup olmadığını merak ettiler. Araştırmacılar, hücrelerdeki değişkenliğin öğrenmeyi arttırdığını ve enerji tüketimini azalttığını keşfettiler.

Araştırmanın önde gelen yazarı, Imperial College Londra'nın Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümünden Dr.Dan Goodman şu açıklamayı yaptı: "Evrim bize daha yeni yeni çözmeye başladığımız beyin fonksiyonlarını verdi. Araştırmamız, kendi insan biyolojimizden can alıcı dersleri öğrenip, yapay zekâ Al'i daha iyi geliştirebileceğimizi ileri sürüyor."

Çeviren: Esin Tezer

https://www.sciencedaily.com/releases/2021/10/211006112626.htm’den alıntı yapılarak çevrilmiştir.

Nörobilimciler Olayların Zamanlamasını Kodlayan Beyin Devresini Tespit Ettiler

 

Keşifler, Hipokampal devrenin hatıraların zaman akışını devam ettirmemize yardımcı olduğunu ileri sürüyor.

Yeni bir olayı deneyimlediğimizde, beynimiz sadece o hatıranın ne olduğunu değil; olayın zaman ve yeri de dâhil olmak üzere içeriğini de kaydeder. ABD, MassachusettsTeknoloji Enstitüsü’nde (MIT’de) yapılan yeni bir araştırma, hatıranın zamanlamasının beyindeki Hipokampus’de nasıl kodlandığına ışık tutuyor, zaman ve mekânın beynimizde ayrı olarak kodlandığını ileri sürüyor!

Fareler üzerindeki çalışmalarda araştırmacılar, onlar labirentin içindeyken ne zaman sol veya sağa döneceklerinin bilgisini depolayan bir Hipokampal devreyi tespit ettiler. Bu devre, bloke olduğunda fareler bir sonraki adımlarında nereye dönmeleri gerektiğini hatırlayamadılar. Fakat o devrenin bozulmasına yol açmak, nerede olduklarına dair olan hatıraya zarar vermedi. Araştırmacılar böylelikle sonuçların, yeni hatıraları oluşturmaya başladığımızda beyindeki farklı popülasyondaki nöronların zaman ve mekân bilgisini kodladığını iddia ettiğini söylüyorlar.

MIT Picower Öğrenme ve Hafıza Enstitüsü’nde araştırmacı bilim adamı ve çalışmanın öncü yazarı olan Chris MacDonald,  “Yeni bir görüş var, o da “Mekân Hücreleri” ve “Zaman Hücreleri” nin bilgiyi Hipokampus’a haritalandırarak hatıraları organize ettikleri görüşü” şeklinde konuştu. Picower Enstitüsü’ndeki RIKEN-MIT Nöral Devre Genetiği Laboratuarı’nda Biyoloji ve Nörobilim Profesörü ve çalışmanın kıdemli yazarı olan Susumu Tonegawa, bu hafta Ulusal Bilimler Akademisi konferansına katıldı.  

Zaman ve Mekân

50 yıl kadar önce bilim adamları beynin Hipokampus bölgesinin belirli mekânların hatıralarını kodlayan nöronları içerdiğini keşfettiler. “Mekân Hücreleri” olarak bilinen bu hücreler, belirli bir hatıranın içeriğinin parçası haline gelen bilgiyi depoluyorlar. Hatıranın ciddi içeriği ise zamanlama. 2011 yılında MacDonald ve Boston Üniversitesi’nde Psikoloji ve Beyin Bilimleri Profesörü olan merhum Howard Eichenbaum, Hipokampus’un “CA1” olarak adlandırılan kısmında zaman kaydını tutan hücreleri keşfettiler.

Araştırmacılar, yaptıkları yeni araştırmada ise beynin diğer hangi bölgelerinin “CA1” zamanlama bilgisini besleyebileceğini araştırmak istediler. Yakın zamanda yapılan bazı araştırmalar “CA2” olarak adlandırılan, Hipokampus’un yakınındaki kısmın zamanın kaydını tuttuğunu ileri sürüyor. “CA2”, Hipokampus’un üzerinde çok fazla çalışılmamış olan küçük bir bölgesi fakat “CA1” bölgesiyle güçlü bağlantılara sahip olduğu görüldü.

Araştırmacılar,“CA2” ve “CA1” arasındaki bağlantılar üzerinde yaptıkları çalışmada “CA2” bölgesindeki nöronların aktivitelerini kontrol etmek için ışık kullanabilecekleri “tasarlanmış fare modelini” kullandılar. Fareleri labirentin içinde koşarken sırayla sola ve sağa dönerlerse ödül kazanacakları sekiz rakamı-labirentin içinde koşmaları için eğittiler. Fareler her bir deneme arasında 10 saniye kadar koşu bandında koştular ve bu zaman zarfında daha önceki denemelerinde hangi yöne döndüklerini hatırlamak zorundaydılar. Böylelikle, bir sonraki denemelerinde ters yöne dönebileceklerdi. Fareler koşu bandının üzerindeyken araştırmacılar “CA2” aktivitesini durdurdular. Bunun sonucunda da farelerin bir şey yapamadıklarını, daha önceki denemede ne yöne döndüklerini artık hatırlamadıklarını keşfettiler. MacDonald sözlerine şöyle devam etti: “ Hayvanlar normal bir şekilde görevlerini yerine getirdiklerinde “CA1”de bu geçici kodlama evresini işaretleyen hücreler dizisi var. “CA2”yi engellediğinizde (inhibe ettiğinizde) ise “CA1”in geçici kodlaması daha az hassas hale geliyor ve zamanı birbirine karıştırmaya başlıyor. Kısacası istikrarsız hale geliyor, onlarla bağlantı kuruyor ve görevi yerine getirmede başarısız oluyor.”         

Hafıza Devreleri

Araştırmacılar, fareler labirentte koşarlarken  “CA2” nöronlarını uyarmak için ışık kullandıklarında farelerin nerede olduklarını hatırlamalarını sağlayan “CA1” Mekân Hücreleri’nin az bir etkiye sahip olduğunu keşfettiler. MacDonald, sözlerini şöyle tamamladı: “Sonuçlar, mekânsal ve zamanlama bilgisinin tercihen Hipokampus’un farklı kısımlarında kodlandığını ileri sürüyor. Hafızamızda depoladığımız bilgi, çok farklı zaman dilimlerindeki olayların sıralı düzenini muhafaza ediyor ve bunu nasıl yapabildiğimizi de gerçekten çok merak ediyorum!”    

MIT nörobilim adamları, Hipokampus’un “CA2” bölgesindeki “Piramit Hücreler”in kritik zamanlama bilgisini depoladığını da keşfettiler!

Çeviren: Esin Tezer

https://www.lifescience.net/news/3618/neuroscientists-identify-brain-circuit-that-encode/’dan alıntı yapılarak çevrilmiştir.

Bilinç İnsan Beyninin Neresinde?

İnsanlar üzerinde yapılan EEG ve fMRI araştırmaları dahil, yakın zamanda yapılan tüm araştırmalar beyindeki Parietal Korteks ve Talamus gibi bazı bölgelerin bilinçle ilgili olduğunu ileri sürüyor. ABD, Madison'daki Wisconsin Üniversitesi'nde Asistan Profesör olan Kıdemli Yazar Yuri Saalmann konuyla ilgili şunları söyledi: "Bir seferde tek bir beyin bölgesini kaydetmek yerine, birçok beyin bölgesini kaydederek klasik yaklaşımın dışına çıkmaya karar verdik. Böylece tüm beyin ağının nasıl davrandığını görmüş olduk."

Araştırmacılar, araştırmalarında hayvan modeli olarak makak maymunlarını kullandılar. Bilim adamları; hayvanların uyanık ve uyku halleri üzerinde çalışarak, onlara anestezi vererek beynin bilinçle ilişkili olan bölgesini net bir şekilde görebildiler. Diğer çalışmalarda bu bölgeyi bu kadar net belirleyememişlerdi. Araştırmacılar, daha önceki araştırmalarında  bilinçle ilişkili olduğu ileri sürülen bazı beyin bölgelerini de elediler.Sonunda ön beynin içerisinde olduğu keşfedilen Santral Lateral Talamus üzerine odaklandılar. 

Araştırmacılar; bu bölgenin tam yerini saptar saptamaz bölgeyi 50 Hz frekansla stimüle ederek (uyararak), hayvanlar anestezili haldeyken Santral Lateral Talamus aktive edildiğinde ne olacağını test ettiler. Saalmann, "Bu minnacık beyin bölgesi stimüle edildiğinde hayvanları uyandırabildik ve uyanık haldelerken kortekste görebildiğimiz nöral aktiviteyi yeniden sağlayabildik. Sanki uyanıkmış gibi davrandılar. Stimülasyonu kestiğimizde ise yeniden bilinçsiz hallerine döndüler" dedi. Uyanıklık testlerinden bir tanesi de onların tuhaf işitsel stimülasyona verdikleri nöral yanıtlardı. Sıradan seslerle bip sesleri birbirine karıştırılmıştı. Saalmann, sözlerini şöyle tamamladı: '' Elektrotlarımız çok farklı bir dizayna sahip. Stimüle etmek istediğimiz beyin yapısının biçimine daha uygun hale getirilmiş durumdalar. Sağlıklı, normal beyin sisteminde görülen elektriksel aktiviteyi daha yakından taklit edebiliyorlar."     

Madison'daki Wisconsin Üniversitesi Psikoloji Departmanı'nda Master öğrencisi olan, bu tezin yazarı Michelle Redinbaugh, "Bu araştırmanın her şeyden önemli olan amacı bilinç  bozukluğu yaşayan insanların daha iyi bir sağlığa kavuşmasına yardımcı olmaktı.  Buna da,  bilinç için gerekli veya yeterli olan minimum mekanizmayı anlamaya çalışarak başlayabiliriz. Böylelikle beynin doğru kısmı kliniksel olarak hedef gösterilebilir. Bu araştırma için pek çok heyecan verici olası sonuçlar var. Beyni derinlemesine stimüle eden bu tür elektrotları komadaki insanları komadan çıkarmak için de kullanabiliriz. Bulgularımız, kliniksel anestezi uygulanmış hastaların güvenli bir şekilde bilinçsiz halde olduklarını izlemede yeni yolları geliştirmek için de kullanılabilir" şeklinde konuştu.  

Çeviren: Esin Tezer
https://www.sciencedaily.com/releases/2020/02/200212111440.htm'den alıntı yapılarak çevrilmiştir.