Anılarımızın çoğu bazı duygularla ilişkilidir. Deniz kıyısında geçirdiğiniz geçen haftayı hatırlamak muhtemelen sizi mutlu hissettirirken, sokak kabadayıları tarafından sıkıştırıldığınız anları düşünmek olumsuz duygular uyandırır. Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nden (MIT) sinirbilimciler, anıların bu tür olumlu ya da olumsuz duygularla nasıl bağlantılı hale geldiğini kontrol eden beyin devrelerini ortaya çıkardılar. Araştırmacılar, buna ek olarak optogenetik tekniğiyle (ışık kullanarak nöron etkinliğini kontrol eden bir teknik) beyin hücrelerini manipüle ederek, belirli anıların duygusal çağrışımını tersine çevirmeyi başardılar.
Nature dergisinin 27 Ağustos tarihli sayısında anlatılan bulgular, beynin hipokampus ve amigdala kısımlarını birbirine bağlayan bir nöron devresinin duyguları anılarla ilişkilendirmede esas rolü oynadığını gösteriyor. Araştırmacılar, bu devrenin travma sonrası stres bozukluğu gibi durumların tedavisini destekleyecek yeni ilaçlara yön verebileceğini söylüyorlar.
Makalenin başyazarları Howard Hughes Tıp Enstitüsü’nden Roger Redondo ve MIT Biyoloji Bölümü’nden Joshua Kim. Makalenin kıdemli yazarı, MIT Picower Öğrenme ve Hafıza Enstitüsü’nde Nöral Devre Genetiği Merkezi’nin yöneticiliğini yapan biyoloji ve sinirbilim profesörü Susumu Tonegawa, “Gelecekte, insanların olumlu anıları olumsuzlardan daha güçlü şekilde hatırlamalarına yardımcı olan yöntemler geliştirebilir” diyor.
Anıları değiştirmek
Anılar beynin farklı kısımlarında depolanan pek çok unsurdan oluşur. Bir olayın geçtiği yerle ilgili bilgi de dahil olmak üzere, bir anının bağlamı hipokampus hücrelerinde depolanırken, bu anıya bağlı duygular amigdalada bulunur.
Önceki araştırmalar, anıların duygusal çağrışımları da dahil olmak üzere, pek çok yönünün yeniden şekillendirilebilir olduğunu göstermişti. Psikoterapistler depresyondan ve travma sonrası stres bozukluğundan mustarip hastalara yardımcı olmak için bundan faydalandılar ama bu yeniden şekillendirilebilirliğin altında yatan nöral devre sistemi bilinmiyordu.
Bu çalışmada araştırmacılar işte bu değiştirilebilirliği keşfetmek için yola çıkmışlardı. Bunun için, belirli bir anıyı ya da engramı (bir olayın/uyaranın sinir sisteminde bıraktığı varsayılan iz, belleğin biyolojik temeli; çn) kodlayan nöronları etiketlemelerine olanak tanıyan yeni tasarlanmış deneysel bir teknik kullandılar. Etiketlemeyi, bellek oluşumu sırasında aktifleşen hipokampal hücreleri, kanalrodopsin adlı ışığa duyarlı bir protein kullanarak gerçekleştirdiler. Böylece bu hücreler ışıkla her aktive edildiğinde, fareler o hücre grubu tarafından şifrelenmiş anıyı hatırladı.
Bu teknik, geçen yıl Tonegawa’nın laboratuvarında, fareler farklı bir deneyim yaşarken bellek izlerini yeniden aktive ederek, farelere uydurma anılar ekmek ya da “yutturmak” için kullanılmıştı. Bu yeni çalışmada ise araştırmacılar anıların bağlamının, belirli bir duyguyla nasıl bağlantı içine girdiğini araştırmak istediler. İlk önce ya ödüllendirici (erkek fareler için dişi fareyle oynaşmak) ya da pek hoş olmayan bir deneyimle (hafif bir elektrik şoku) bağlantılı nöronları belirlemek için engram etiketleme protokolünü kullandılar. Deneylerinin bu ilk setinde araştırmacılar hipokampusun dentat girus (noktalı alan) adı verilen kısmındaki bellek hücrelerini etiketlediler.
İki gün sonra fareler geniş dikdörtgen bir alana yerleştirildi. Üç dakika boyunca araştırmacılar farelerin alanın hangi yarısını doğal olarak tercih ettiklerini kaydettiler. Sonrasında korku ile koşullandırılmış olan fareler, tercih ettikler bölgeye her gidişlerinde, etiketlenmiş bellek hücreleri ışıkla uyarıldı. Fareler kısa bir süre sonra bu bölgeden uzak durmaya başladılar. Bu sonuç korku hafızasının yeniden aktive edilişinin başarılı olduğunu gösterdi.
Aynı şekilde ödül hafızası da yeniden aktive edilebilirdi. Araştırmacılar ödülle koşullanmış farelerin etiketli hücrelerini ise, öncelikle tercih etmedikleri alana geçtiklerinde ışıkla uyardılar ve hoş anıları canlanan fareler bu alanda daha fazla vakit geçirmeye başladı.
Birkaç gün sonra, araştırmacılar farelerin duygusal tepkilerini tersine çevirmeyi denedi. İlk aşamada korkuyla koşullandırılan erkek farelerde, dişilerle vakit geçirdiği sırada 12 dakika boyunca korku belleğiyle ilgili hücreleri aktive ettiler. İlk başta ödülle koşullandırılan farelerde ise, hoş anılara bağlı bellek hücreleri hafif bir elektrik şokuna maruz bırakıldıkları sırada aktive edildi.
Daha sonra araştırmacılar fareleri yeniden iki bölümlü büyük alana bıraktı. İlk başta korkuyla koşullandırılan ve hipokampal hücrelerinin aktive edildiği kısımdan uzak duran fareler, bu defa, hücreleri aktive edildiğinde alanın bu kısmında daha çok vakit geçirmeye başladı. Bu da korkutucu çağrışımların yerini mutlu çağrışımların aldığını gösterdi. Ödül koşullandırmasından korku koşullandırmasına geçen fareler için de tam tersi gözlendi.
Değiştirilmiş bağlantılar
Daha sonra araştırmacılar aynı deney kümesini duyguların işlenmesiyle ilişkili bir bölge olan bazolateral amigdaladaki bellek hücrelerini işaretleyerek gerçekleştirdi. Ancak bu hücreleri aktive ederek bir değişimi tetiklemeyi başaramadılar. Fareler bellek hücreleri ilk defa işaretlendiğinde koşullandıkları gibi davranmaya devam etti.
Araştırmacılara göre bu, valans (belirli bir nesneye ya da olaya karşı kişinin hissettiği olumlu ya da olumsuz duyguların derecesi) adı da verilen duygusal çağrışımların, dentat girus ile amigdalayı bağlayan nöral devre sisteminde bir yerlerde kodlandığını ortaya koyuyor. Korkutucu bir deneyim, hipokampal engram ile amigdalada korkuyu kodlayan hücreler arasındaki bağlantıları güçlendiriyor, ama hipokampus ile olumlu çağrışımları kodlayan amigdala hücreleri arasında yeni bağlantılar oluşturuldukça, bu bağlantılar zayıflatılabiliyor.
Tonegawa, hipokampus ve amigdala arasındaki bağlantıların şekillendirilebilirliğinin bellek valansını değiştirmede çok önemli bir rol oynadığını söylüyor.
Bu sonuçlar dentat girus hücreleri duygulara karşı nötr durumdayken, ayrı özellikte amigdala hücrelerinin korku ya da ödül belleğini kodlamayı üstlenmiş olduğunu gösteriyor. Şimdi araştırmacılar bu iki tür amigdala hücresinin moleküler kimliklerini keşfetmeye çalışıyor. Aynı zamanda mutluluk verici anıların yeniden aktive edilmesinin depresyon üzerinde bir etkisi olup olmadığını araştırıyorlar. Umutları, depresyon ve travma sonrası stres bozukluğu tedavisinde kullanılan ilaçlara yeni bir yön belirleyebilmek.
Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü’nde biyoloji profesörü David Anderson bu çalışmanın sinirbilimcilerin beyin hakkındaki temel kavrayışlarına önemli bir katkı yaptığını ve aynı zamanda ruhsal bozuklukların tedavisinde potansiyel uygulamalarının bulunduğuna dikkat çekiyor ve ekliyor: “Bu çalışma, öğrenme ya da bellek gibi nöral devre sistemi düzeyinde işleyen süreçlerin analizinde, moleküler biyoloji temelli modern yöntemlerin bir güç gösterisi oldu. Bu tür çalışmalar arasında benim şimdiye dek tanık olduğum en gelişmiş ve karmaşık olanı da bu.”
Araştırma RIKEN Beyin Bilimi Enstitüsü, Howard Hughes Tıp Enstitüsü ve JPB Vakfı tarafından finanse ediliyor.
