Biomedya - Biyoteknoloji & Yaşam Bilimleri

Yeni bir MIT çalışmasına göre, beyniniz önemli bir şeye dikkat etmeniz gerektiğinde, bunu yapmanın bir yolu bir noradrenalin patlaması göndermektir.

Beynin derinliklerinde locus coeruleus adı verilen bir yapı tarafından üretilen bu nöromodülatör, beyinde yaygın etkilere sahip olabilir. Fareler üzerinde yapılan bir çalışmada, MIT ekibi, norepinefrin olarak da bilinen noradrenalinin kilit rollerinden birinin, beynin şaşırtıcı sonuçlardan öğrenmesine yardımcı olmak olduğunu buldu.

MIT'nin Beyin ve Bilişsel Bölümü'nde Newton Nörobilim Profesörü Mriganka Sur, "Bu çalışmanın gösterdiği şey, locus coeruleus'un beklenmedik olayları kodladığı ve bu şaşırtıcı olaylara dikkat etmenin, beynin çevresini değerlendirmesi için çok önemli olduğudur" dedi.

Sürpriz sinyali vermedeki rolüne ek olarak, araştırmacılar ayrıca noradrenalinin, özellikle bir ödülün sunulup sunulmayacağına dair belirsizliğin olduğu durumlarda, ödüle yol açan davranışları teşvik etmeye yardımcı olduğunu keşfettiler.

Modülasyon davranışı

Noradrenalin, dopamin, serotonin ve asetilkolin ile birlikte beyni etkileyen birkaç nöromodülatörden biridir. Hücreden hücreye iletişimi sağlayan nörotransmitterlerin aksine, nöromodülatörler beynin geniş bölgelerine salınarak daha genel etkiler göstermelerini sağlar.

Sur, "Nöromodülatör maddelerin beynin geniş alanlarına nüfuz ettiği ve böylece nöronların aldığı uyarıcı veya engelleyici dürtüyü daha noktadan noktaya değiştirdiği düşünülüyor. Bu, hayatta kalmak ve beyin durumu düzenlemesi için önemli olan beyin çapında çok önemli işlevlere sahip olmaları gerektiğini gösteriyor." dedi.

Bilim adamları, motivasyon ve ödül arayışında dopaminin rolü hakkında çok şey öğrenirken, noradrenalin dahil olmak üzere diğer nöromodülatörler hakkında daha az şey biliniyor. Uyarılma ve uyanıklığı artırma ile bağlantılıdır, ancak çok fazla noradrenalin kaygıya yol açabilir.

Beynin birincil noradrenalin kaynağı olan locus coeruleus ile ilgili önceki çalışmalar, beynin birçok bölgesinden girdi aldığını ve sinyallerini çok uzaklara gönderdiğini göstermişti. Yeni çalışmada, MIT ekibi, takviyeli öğrenme veya deneme yanılma yoluyla öğrenme adı verilen belirli bir öğrenme türündeki rolünü incelemek için yola çıktı.

Bu çalışma için, araştırmacılar fareleri yüksek frekanslı bir ton duyduklarında bir kolu itmek için eğittiler, ancak düşük frekanslı bir ton duyduklarında değil. Fareler yüksek frekanslı tona doğru tepki verdiğinde su aldılar, ancak düşük frekanslı bir ton duyduklarında kolu ittilerse hoş olmayan bir hava üflediler.

Fareler ayrıca tonlar daha yüksek olduğunda kolu daha fazla itmeyi öğrendi. Ses seviyesi daha düşük olduğunda, itip itmemeleri konusunda daha kararsızlardı. Ve araştırmacılar locus coeruleus'un aktivitesini engellediğinde, fareler düşük hacimli tonlar duyduklarında kolu itmekte çok daha tereddütlü hale geldiler, bu da noradrenalinin getirisinin belirsiz olduğu durumlarda bir ödül alma şansını teşvik ettiğini düşündürüyor.

Sur, "Hayvan bir ödül istediği için itiyor ve locus coeruleus, şimdi itin, çünkü ödül gelecek" şeklinde aktardı.

Araştırmacılar ayrıca, bu noradrenalin sinyalini üreten nöronların, çıktılarının çoğunu motor kortekse gönderdiğini ve bu sinyalin hayvanları harekete geçmeye teşvik ettiğine dair daha fazla kanıt sunduğunu buldular.

Sürpriz Sinyal

İlk noradrenalin patlaması, fareleri harekete geçmeye teşvik ediyor gibi görünse de araştırmacılar ayrıca, deneme bittikten sonra ikinci bir patlamanın meydana geldiğini de buldular. Fareler beklenen bir ödül aldığında, bu patlamalar küçüktü. Ancak, denemenin sonucu sürpriz olduğunda, patlamalar çok daha büyüktü. Örneğin, bir fare beklediği ödül yerine bir nefes aldığında, locus coeruleus büyük bir noradrenalin patlaması gönderdi. 

Sonraki denemelerde, o farenin bir ödül alacağından emin olmadığında kolu itme olasılığı çok daha düşük olacaktı. Sur, "Hayvan davranışını sürekli olarak ayarlıyor. Görevi çoktan öğrenmiş olsa da davranışını az önce yaptıklarına göre ayarlıyor." dedi.

Fareler ayrıca denemelerde beklenmedik bir ödül aldıklarında noradrenalin patlamaları gösterdi. Bu patlamaların, planlama ve diğer yüksek bilişsel işlevlerin meydana geldiği prefrontal korteks de dahil olmak üzere beynin birçok bölgesine noradrenalin yaydığı görüldü.

Sur, "Locus coeruleus'un sürpriz kodlama işlevi beyinde çok daha yaygın görünüyor ve bu mantıklı olabilir çünkü yaptığımız her şey sürpriz tarafından yönetiliyor" şeklinde aktardı.

Araştırmacılar şimdi noradrenalin ve diğer nöromodülatörler, özellikle de beklenmedik ödüllere de yanıt veren dopamin arasındaki olası sinerjiyi araştırmayı planlıyorlar. Ayrıca, prefrontal korteksin locus coeruleus'tan gelen girdilerin kısa süreli hafızasını nasıl depoladığı hakkında daha fazla bilgi edinmeyi ve hayvanların gelecekteki denemelerde performanslarını iyileştirmelerine yardımcı olmayı umuyorlar.

Makale:nature.com