Hızla Koştuktan Sonra Durmanın Beyindeki Matematiği

0
260
Görsel: monsitj/iStock

Yeni apartmanınız sokağın ilerisindeki otobüs durağından sadece birkaç blok ötede fakat bugün geç kaldınız ve otobüsün yanınızdan geçtiğini gördüğünüz. Tam hızda koşmaya başladınız. Amacınız otobüse mümkün olduğu kadar hızlı yetişmek ve tam kapının (ki asla aracın aynı yerinde olmazlar) önünde durup kapanmadan önce binmek. Massachusetts Teknoloji Enstitüsünde (MIT) çalışan araştırmacıların fareler üzerinde yürüttüğü yeni bir çalışmaya göre memeli beyni, yeterince hızlı ve kesin şekilde durmak için cebir ilkelerini uygulamak üzere yapılanmış.

Son hızla koştuktan sonra aniden bir hedefte durmanın refleks kadar basit bir şey olduğunu düşünebilirsiniz. Fakat bir otobüsü yakalamak veya fare deneyinde yapıldığı gibi bir su ödülü kazanmak için görsel bir işarete doğru koşmak; öğrenilmiş, görsel güdümlü ve hedefe yönelik bir beceri. MIT Picower Öğrenme ve Hafıza Enstitüsünde sinirbilim profesörü ve yeni çalışmanın kıdemli yazarı Mriganka Sur’un laboratuvarında önemli bir uğraş olan bu gibi faaliyetlerde, bir davranıştan (koşma) diğer davranışa (durma) geçme kararı beyin korteksinde meydana geliyor. Beyin, burada hayatın öğrenilmiş kurallarını duyusal bilgilerle bir araya getirerek planlara ve eylemlere rehberlik ediyor.

MIT Beyin ve Bilişsel Bilimler Bölümünde fakülte üyesi olan Sur, “Hedef, korteksin devreye girdiği yerde bulunuyor” diyor. “Otobüse yetişme hedefine ulaşmak için durmam gereken yerde.”

İşler de burada karmaşıklaşıyor. Doktora sonrası araştırma görevlisi ve makalenin baş yazarı Elie Adam’ın bu davranışa yönelik geliştirdiği matematiksel modellerde, korteksin M2 bölgesinden çıkıp doğrudan beyinsapına giden bir “durma” sinyalinin çok yavaş işleneceği tahmin edilmiş (beyinsapı, esasında bacakları kontrol ediyor).

Çalışması Cell Reports bülteninde yayımlanan Adam, “Bir durma sinyali gönderen M2’niz var fakat bunu modellediğinizde ve işin matematiğini incelediğinizde, sinyalin kendi başına hayvanı zamanında durduracak kadar hızlı olmayacağını buluyorsunuz” diyor.

Peki beyin bu işlemi nasıl hızlandırıyor? Adam, Sur ve makalenin eş yazarı Taylor Johns, M2’nin bu sinyali subtalamik çekirdek (STN) adı verilen bir ara bölgeye gönderdiğini ve STN’nin de sonrasında beyinsapında yeniden birleşen iki ayrı güzergâha iki sinyal gönderdiğini keşfetmiş. Peki neden böyle oluyor? Çünkü birbiri ardına gelen ve biri baskılayıcı biri uyarıcı olan bu iki sinyalin oluşturduğu farklılık, problemi girdilerin nispeten yavaş toplandığı bir integrasyon probleminden, oluşan değişimin doğrudan tanındığı diferasyon problemine dönüştürüyor. Cebirde meydana gelen bu geçiş, durma sinyalinin çok daha hızlı şekilde uygulanmasını sağlıyor.

Adam’ın mühendislikteki sistemler ve kontrol kuramından faydalanan modelinde, uygun şekilde durmak için gereken hız ve bunu başarmak için ihtiyaç duyulan diferasyon doğru biçimde tahmin edilmiş. Fakat modeldeki tahminlerin onaylanması için bir dizi anatomik incelemenin ve deneysel manipülasyonun yapılması gerekmiş.

 

Kaynak: MIT Picower Enstitüsü. Çeviren: Ozan Zaloğlu.

CEVAP VER

Please enter your comment!
Please enter your name here