Eğer beynimizin GPS’i, çevremizin gerçek dünyayla bağlantısız basit haritalarından oluşsaydı, hiçbir değeri kalmazdı. Nasıl işlediğini artık biliyoruz.
Bu konudaki çalışmalarıyla 2014 Nobel Fizyoloji ve Tıp Ödülünü alan May-Britt ve Edvard Moser, beynimizin mekânsal yön bulmada referans sistemini oluşturan “şebeke (ızgara sistemi, “grid”) hücrelerini” keşfettiklerinde, beynin dış dünyayla bağlantılı iç haritalara nasıl sahip olabildiği on yıllık bir gizemdi. Moser’in Kavli Enstitüsü Nöroloji Sistemleri Bölümü’nden araştırmacılar, bu gizemi çözdüklerine inanıyor. Nature dergisinde yayımlanan çalışmalarının bulgularını anlamak için, bildiğimiz haritaların çevremizle nasıl ilişkilendiğini düşünmek gerekiyor. Harita ve pusulamızı alıp doğuya doğru yürüyüşe çıktığımızda, pusuladaki kuzeyi gösteren oku kullanarak araziyi haritadaki boylama göre hizalarız ve doğru yolda olduğumuzdan emin oluruz (Eğer bu işi bizim için yapan bir GPS’imiz yoksa).
Beynimizin, çevremize göre ayarlanmış, istediğimiz zaman bizi doğru yöne götürecek olan birçok iç haritaya sahip olduğunu biliyoruz. Bu ızgara sistemli haritalar, farklı boyutlarda ve çözünürlüklerde bulunuyor; fakat şimdiye kadar çevremizle nasıl ilişkilendikleri hakkında pek ipucu vermiyorlardı. Nature dergisinde yayımlanan sonuçlarda, kendi iç haritalarını hizalamak için beynin kullandığı şaşırtıcı büklümler açıklanıyor:
“Yüzlerce ızgara sistemi hücresinin etkinliğini kaydettik” diyor Kavli Sinirbilim Sistemleri Enstitüsü araştırmacısı Tor Stensola. “800’den fazla ızgara sistemi hücresini incelediğimizde, oluşan ızgara örüntülerin genellikle aynı birkaç doğrultuda konumlandığını fark ettik. Bu incelediğimiz tüm hayvanlar için doğru sonuçları verdiğinden, ızgara sistemi haritalarının çevremizle ilişkilenme biçiminin bir sistematiği olduğuna karar verdik. Izgara sistemi hücreleri, bulunduğumuz yerdeki duvar gibi sabit bir yapıya göre sabitleniyor gibi görünüyorlar, ancak hep bir dengeleme açısıyla bunu yapıyorlar. Bu yüzden biz de bunu incelemeye karar verdik.”
Araştırmacılar, 1,5 metrekarelik kutu içinde yem arayan farelerdeki ızgara sistemi hücrelerin etkinliklerini kaydetti. Eğer ızgara sistemi hücrelerinin hareketlerine göre oluşmuş, kutunun içine ait bir harita olsaydı, fare kutu içinde hareket ettikçe harita aynı görünmeye devam edecekti. Ayrıca farelerin hangi yöne gittiklerinden ve kutuya nerede bırakıldıklarından bağımsız olarak aynı hizada kalacaktı. Kaydedilen haritalar gerçekten tutarlıydı. Her bir ızgara sistemi örüntüsü duvarlardan birine sabitlenmişti. Fakat ızgara sistemlerin eksenlerinden hiçbiri duvarlara mükemmel olarak hizalanmamıştı; tam aksine kararlı bir şekilde çarpıklık gösteriyorlardı.
Sabitlenmiş duvardan yaklaşık olarak 7,5 derece sapmış olan harita için “Harita döndürülmüştü” diyor Stensola ve ekliyor “Bazı hesaplamalar yaptık ve bu belirli açı değerinin çok güzel bir nedeni olduğunu fark ettik. 0 ve 15 derecelik açılarda olsaydı, harita simetrik olurdu. Bir başka deyişle, eğer harita duvarla mükemmel bir hizada olsaydı, bu onu sırasıyla hem kardinal eksene hem de kare olan kutunun köşegenine göre aksettirecekti ve mekânsal karışıklığa sebep olacaktı. 7,5 derecelik dönme açısı, çevredeki eksenlerle olan simetriyi en aza indiriyor, dolayısıyla bu tür olası hataları da azaltmış oluyor.”
Araştırmacılar ızgara sisteminde daha fazla asimetri buldu. Izgara sistemi örüntüleri kusursuz bir biçimde altıgen değillerdi, onun yerine bozunuma uğrayarak asimetrik hale gelmiş gibi görünüyorlardı. Önceden beri bu durum biliniyor olsa da, kimse nedenini bilemiyordu.
“Eğer örüntü mükemmel bir altıgen şeklinde olsaydı, ızgaralardan oluşan 6 adet iç bölge ve haritanın merkezi kusursuz bir çember üzerinde olacaktı” diyor Stensola. “Bunun yerine asimetriden kaynaklı olarak bu noktalar bir elips şekli oluşturmaktadır.”
Izgara sistemi içindeki dönme ile sabitlenmeler arasındaki bağlantıyı ve örüntülerdeki bozunmaları inceleyen araştırmacılar, oluşan elipsin ve ızgaraların doğrultusunun birbirlerine sabitlenmelerinden, aralarında mükemmel bir ilişki olduğunu fark ettiler. Araştırmacılar, örüntünün duvar üzerindeki çarpıklığıyla elipsin ve ızgaranın 7,5 derecelik dönmesini, kesme (shearing) olarak bilinen bir işlemle tekrarlayabildiler.
Kesme kuvvetleri, bir obje üzerindeki parçaların bulundukları yere göre farklı yönlerde yer değiştirmelerine sebep olur. Bu kuvvetin etkisini şu şekilde gözümüzde canlandırabiliriz: Bir deste oyun kartını masanın üstüne doğru ittiğinizi düşünün. En alttaki kart yerinde kalırken en üstteki kart en fazla hareketi yaparak ilerleyecektir. Diğer kartlarsa bu ikisi arasında bulundukları yere göre yer değiştirecektir. Bu tarz şekil değişiklikleri doğada da görülür; örneğin, topraktaki dış kuvvetlerin trilobit fosillerini sıkıştırarak onları yeni bir şekle soktuğu bilinmektedir.
Araştırmacılar, bir hayvanın yeni bir çevreye girdiğinde, ızgara sistemindeki eksenlerinden birinin en yakındaki bir “duvar” ile hizalanıp onu referans alan yeni bir çevre haritası oluşturduğu görüşünde hemfikirler. Kesme kuvvetleri ile gitgide bozunan ve sabit duvardan 7,5 derecelik sapma yapan harita, hataya düşme ihtimali düşük, kararlı ve sağlam bir harita halini alır.
Peki, bir mısır tarlası kadar büyük bir çevredeyken iç haritalara ne olur? Eğer yerel araziler birbirinden oldukça uzaktalarsa, beynin sayıca çok ama yanlışsız yerel haritalar oluşturması, doğru olmayan genel tek bir harita oluşturmasından daha avantajlıdır.
Araştırmacılar bu durumu 2,2 metrekarelik bir kutudaki ızgaraları kaydederek test ettiler. Harita, küçük kutudakiyle aynı asimetrilere sahipti, ancak çok önemli bir farkla. “Kutu büyüdükçe bazı haritalar farklı görünmeye başladı” diye ifade etti Stensola ve devam etti “Harita ikiye bölündü ve aynı kutuda karşılıklı duvarlara sabitlenmiş iki ayrık yerel harita meydana geldi. Izgaralar, küçük kutudaki gibi aynı şekilde eliptik oldular. Harita bu şekilde ayrılınca tekrar değerlendirme yapmak zorunda kaldık. Haritaların karmaşık çevrelere yerel olarak sabitlendiklerini biliyorduk. Şu anda, kesme kuvvetlerinin sadece tüm çevreyle değil, yerel olarak da çalıştığını düşünüyoruz.” Asimetriye yönelik bozunmanın, beynimizin öz yerelleştirmede hata sıklığını azaltmak için kullandığı yöntemle aynı olduğu düşünülüyor.
Kavli Enstitüsü Sinirbilim Sistemleri Bölümü yöneticisi Prof. Edvard Moser’e göre bu bulgular, bilimin farklı alanlarını birleştirmek konusunda oldukça önemli bir yere sahip. “Yıllardır kafamızı karıştıran bir gizemi çözdüğümüzde harika hissediyoruz” diyor Moser. “Bulgular bize iç haritaların çevremizle nasıl etkileşime geçtiği konusunda daha fazla ipucu verdi. Artık duvarlar ve çevremizdeki sınırlar arasındaki uyum hakkındaki bilgiyi ve bu bilginin nasıl işlendiğini detaylıca çözmek zorundayız. Belki sınır hücreleri buna bir cevap olacak, ancak bunu henüz bilemiyoruz.”
Moser, kesilen haritaların bilmecesini çözmek için fizik bilimine dönmeleri gerektiğini belirtti.
“Fizik kanunlarının sinir sistemi üzerindeki uygulamaları çözülememiş sorularla dolu bir alan. Bunu öğrenmek için çalışmaya devam etmeliyiz” dedi.
Çeviren: Ceyhun Ceylan
İTÜ Uçak Mühendisliği
Kaynak: http://www.sciencedaily.com/releases/2015/02/150212092508.htm
