Etiket: primat

Yayım tarihi

Görsel ve Dokunsal Hafızamız, İşitsel Hafızamızdan Daha Güçlü

Bir Çin atasözü der ki; “Duyarım ve unuturum; görürüm ve hatırlarım.”

Bu sabah işe giderken radyoda duyduğunuz konuşmayı hatırlıyor musunuz? Ya da eşinizin söylediği ve akşam eve dönerken manavdan almanız gereken şeyleri hatırlıyor musunuz? Muhtemelen hatırlamıyorsunuz.

University of Iowa’dan araştırmacıların yürüttüğü bir çalışmada, söz konusu hafıza olduğunda, duyduğumuz şeyleri gördüğümüz ya da dokunduğumuz şeyler kadar iyi hatırlamadığımız bulgusuna ulaşıldı.

Hafıza için beynimizin parçalarının birbirine entegre bir biçimde bağlı olduğunu düşünme eğilimindeyizdir. Fakat, PloS One ‘da yayımlanan araştırmanın bulgularına göre, beynimiz bilgiyi işlemek için ayrı örgüler kullanabilir. Dahası, bu çalışmaya göre, beyin işitsel bilgiyi, görsel ve dokunsal bilgiden farklı bir şekilde işleyebilir ve hafızayı güçlendirmek için alternatif stratejilerin (mental tekrarlama gibi) geliştirilmesi gerekebilir.

100’den fazla katılımcının yer aldığı çalışmada, katılımcıların görsel, işitsel ve dokunsal duyulardan en az hatırlama eğilimi gösterdiklerinin işittikleri sesler olduğu bulgusuna erişildi.

Çalışma kapsamında yürütülen deneylerin birinde araştırmacılar, kısa süreli hafızayı test ederek, katılımcılara çeşitli kırmızı karelere bakarken ve avuçlarındaki alüminyum çubukla oluşturulan düşük titreşimleri hissederken kulaklıktan gelen kusursuz sesleri dinlemelerini istediler. Her ses, kare ve titreşim arasında 1 ila 32 saniyelik zaman boşlukları bırakıldı.

Ayrıca, zaman boşlukları arttıkça hafızanın zayıfladığı, bu zayıflamanın sesler söz konusu olduğunda en yüksek değeri aldığı ve zayıflamanın işitilen sesten 4 ila 8 saniye gibi kısa bir sürede başladığı görüldü.

Bu kısa süre, not alınmayan bir telefon numarasının unutulmasına benzer bir zaman olarak ifade edilebilir. Eğer birisi size numarasını verirse, numarayı hemen aramayı denerseniz genellikle unutmadan arama yapabilirsiniz. Ancak numaranın size söylendiği andan sonra araya başka bir iş sıkıştırdığınızda, muhtemelen bu numarayı unutursunuz.

İkinci deneyde ise araştırmacılar katılımcıların hafızalarını her gün karşılaşabilecekleri şeyler kullanarak test ettiler. Bunun için de katılımcılara; köpek havlaması sesi dinletildi, bir basketbol maçının sessiz videoları izletildi ve katılımcıların gözleri kapatılarak bazı bilindik nesnelere (örneğin kahve kupası gibi) dokunmaları istendi. Deney sonucunda, bir saat  ve bir hafta arasında, katılımcıların duydukları sesleri hatırlamakta oldukça kötü oldukları, fakat görsel sahneler ve dokunsal nesnelerde neredeyse aynı hatırlama yüzdesini gösterdikleri bulgusuna ulaşıldı.

Her iki deney de beynimizin sesi işleme ve kaydetme biçiminin diğer hafıza türlerini işleme ve kaydetme biçimlerinden farklılık gösterebileceğini ortaya koyuyor.

Deneyler, özellikle eğitim alanında farklı öğretim zenginleştirme tekniklerinin kullanılması gerektiğinin önemine vurgu yapıyor. Geçmişte yapılan çalışmalar, insanların duydukları sesleri o seslerle ilişkili kelimeleri gördüğünde hatırlama yetilerinin yalnızca sesleri işittiklerindeki hafızalarından daha güçlü olduğunu ortaya koyarak üstün görsel bellek sahibi olabileceklerine işaret etmişti. Yapılan bu çalışma da geçmişte elde edilen bulgularla uyumluluk gösteriyor.

Öte yandan, araştırma, dokunduğumuz ya da gördüğümüz şeyleri hatırlamamızın hemen hemen aynı hatırlama kapasitesini ortaya koyduğunu gösteren ilk çalışma olma özelliğinde. Peki bu oldukça tahmin edilebilir bulgular neden önem arz ediyor? Çünkü yapılan deneyler, örneğin maymunlar ve şempanzeler gibi insan olmayan primatların da görsel ve dokunsal hafıza görevlerinde benzer başarıyı gösterdiklerini, ancak işitsel görevleri hatırlamada güçlük çektiklerini ortaya koyuyor.  Bu gözlemlere dayanarak, insanlardaki sesleri hatırlama güçlüklerinin evrimsel bir kökenden kaynaklanmış olabileceğini ve bu durumun primat beyninin evriminin bir parçası olabileceğini söyleyebiliriz.

Araştırma Referansı:

– Bigelow, James, and Amy Poremba. “Achilles’ ear? Inferior human short-term and recognition memory in the auditory modality.” PloS one 9, no. 2 (2014): e89914.

Orjinal yazı: Bilimfili

Yayım tarihi

Diğer Primatlardan Farkımız Beynimizdeki Asimetrik Oluk

Kavramsal çerçeve: Asimetri, oluk ve kıvrım

Merkezi sinir sisteminde “asimetri”, iki hemisferin biçimsel (morfolojik) ya da işlevsel (fonksiyonel) olarak tam örtüşmemesini ifade eder. Serebral korteksin yüzey mimarisi iki temel morfolojik motif üzerinden tanımlanır:

  1. gir(us) (Lat. gyrus, “halka, kıvrım”;
  2. Yun. gyros) ve sulk(us) (Lat. sulcus, “saban izi, oluk”).

Bu çift motifin kombinasyonu, sinir dokusunun yüzey alanını arttırıp bağlantısal kapasiteyi optimize eder. “Temporal” terimi Latincede tempus (şakak) kökünden gelir; üst temporal oluğun (sulcus temporalis superior, STS) lateral yüzeyde yayılan hattı, işitme, konuşma-ilişkili çözümleme, yüz-ses tanıma ve sosyal ipuçlarının bütünleşmesi gibi süreçler için çok-ortamlı (multimodal) bir düğümdür. Broca alanı (Brodmann 44/45), adını 19. yüzyıl cerrah-antropolog Paul Broca’dan alır ve konuşma üretimi ile sözdizimsel işlemlemeyle ilişkilendirilir. Heschl girusu (birincil işitsel korteksin çekirdeği) ise Avusturyalı anatomist Richard Heschl’ın adıyla anılır.

“Üst Temporal Asimetrik Çukur” (STAP): Tanım, yerleşim ve ölçüm

İnsan beyninde Heschl girusunun ventralinde ve üst temporal oluğun kalbinde, yaklaşık 4–5 cm’lik, sağ hemisferde daha derin izlenen belirgin bir mikromorfolojik çöküklük tanımlanmıştır: Üst Temporal Asimetrik Çukur (Superior Temporal Asymmetrical Pit; STAP). Bu çukur, sağda ses niteliği, yüz-ses eşleştirme ve niyet-inanç çıkarımı (zihin kuramı) gibi sosyal algı bileşenlerine aracılık eden STS alt-bölgeleriyle anatomik komşuluk içindedir; solda ise konuşmanın akustik-fonolojik ve giderek daha dile-özgü hâle gelen çözümlemesini sırtlayan kuşakla karşılıklıdır. Morfometrik olarak STAP, “oluk derinliği” (sulcal depth) ve “oluk taban genişliği” gibi metriklerle kuantifiye edilir; yüzey tabanlı morfometri (freesurfer benzeri boru hatları), katmanlı mesh-haritalama ve grup-düzeyi sulkal izohipslerin karşılaştırılması sık kullanılan yöntemlerdir.

Karşılaştırmalı perspektif: Şempanzede durum, insana özgüllük derecesi

Karşılaştırmalı MRG analizleri, STAP’ın insanda güçlü bir sağ-sol derinlik asimetrisi gösterdiğini; şempanzede ise bu izlek/vurgu ya zayıf ya da yok denecek kadar nadir olduğunu ortaya koymuştur. Bu bulgu, insan beyninde sağ STS’nin doku düzenlenişinin (laminar/sütunsal mikromimarinin ve bağlantısal kalıpların) farklı bir şekillenme (patterning) sürecinden geçmiş olabileceğini düşündürür. Dikkate değer bir nokta, bu asimetrik işaretin bebeklikten erişkinliğe süreklilik göstermesi ve el tercihi ya da klasik dil yanallaşması örüntülerinden bağımsız biçimde gözlenebilmesidir; bu da gelişimsel programın erken dönemlerde (fetal/erken postnatal) kurulduğunu ima eder.

Fonksiyonel bağlam: Sağ STS, sosyal biliş ve multimodal bütünleşme; sol STS, dil ve konuşma

Fonksiyonel çalışmalarda sağ STS, yüz-göz bakışı, biyolojik hareket, ses kimliği ve prosodi gibi sosyal ipuçlarını bütünleştiren bir “hub” olarak öne çıkar. Sol STS boyunca ise akustik karmaşıklıktan fonolojiye ve oradan dilsel işlemlemeye uzanan bir hiyerarşi tanımlanır. STAP’ın sağda daha derin olması, ses-yüz, ses-jest ve bağlamsal niyet çıkarımı gibi multimodal süreçlerin insanda genişlemiş bir işlevsel alt-yapısına işaret edebilir. Bu çerçevede STAP, konuşma (speech) ve dil (language) ile sosyal bilişin (social cognition) kesişiminde yer alan, iletişimin içerik ve niyet boyutlarının eşzamanlı kurgulanmasına destek veren bir morfolojik belirteç olarak değerlendirilebilir.

Broca alanı ve STS/STAP ilişkisi: Ayrışma ve birlikte-çalışırlık

Klasik modelde Broca alanı “ifade edici” dil ile, Wernicke/üst temporal kompleks ise “alımsal” dil ile özdeşleştirilmişti. Güncel ağ-temelli çerçeveler, fronto-temporo-parietal bir konuşma-dil ağı tarif eder. Bu ağda sol inferior frontal (Broca) düğümler sıralama/bağlama (sequencing/binding) ve sözdizimsel işlemlere, üst temporal düğümler ise fonolojik-semantik eşleştirmeye ve konuşma algısına aracılık eder. STAP, bu dorsal-ventral yolların temporal uç noktasına yakın konumuyla, dil ve sosyal ipuçlarının eş-zamanlı bütünleşmesinde morfolojik bir “işaret direği” (landmark) işlevi görür.

Gelişimsel ve genetik ipuçları

Sulkal morfogenez, kortikal levhanın büyüme anizotropileri, aksonal çekiş (tension-based folding), tabaka-spesifik proliferasyon ve bağlantısal kısıtların birlikte etkisiyle şekillenir. STAP’ın erken ortaya çıkışı, bu çukurun gelişimsel programlanmış bir özellik olduğuna işaret eder. İnsanlarda üst temporal asimetriyle ilişkili regülatör bölgeler (ör. DACT1 ile ilişkili bir enhancer) rapor edilmiştir; bu düzenleyici motiflerin ekspresyon farkları, sağ-sol derinlik asimetrisinin moleküler temelini kısmen açıklayabilir. Bu bağlam, FOXP2 gibi “tek-gen-tek-özellik” açıklamalarından ziyade, çok-genli ve düzenleyici-ağ odaklı bir evrimsel mimariyi destekler.

Evrimsel yorumsama: Neden insanlarda “sağ-ağır” bir STS çukuru?

Paleoantropolojik ve bilişsel arkeoloji verileri, alet yapımı, taklit becerileri, ortak dikkat ve temsili iletişimin artan karmaşıklıkta bir eş-evriminin yaşandığını gösterir. Bu eş-evrim, sosyal grup büyüklüğü, öngörü-planlama, niyet okuma ve sesli-jestsel sinyalizasyonun birlikte optimize edilmesini gerektirir. Sağ STS/STAP derinliğinin artması, bu multimodal sosyal iletişim gereksinimlerine bağlantısal verimlilik (ör. daha kısa yollar, daha yoğun lokal kümeleşme) ve işitsel-görsel eşleştirmede gürültüye dayanıklılık sağlayacak şekilde uyarlanmış olabilir. Morfolojik derinliğin, altta yatan kıvrım-içi yüzey alanını artırarak nöronal-glial altyapı için ek hacim ve daha zengin bağlantısal mikromimari sunması akla yakındır.

Klinik ve bireysel farklılıklar: Nörotipikler ve “atipikler”

STAP asimetrisinin cinsiyet, el tercihi, dil yanallaşması ve hatta bazı nörogelişimsel farklılıklar (ör. otizm spektrumunda heterojen biçimde) boyunca sürdüğü rapor edilmiştir. Bu durum, özelliğin “yalnızca tek bir bilişsel modül”e indirgenemeyeceğini; bunun yerine iletişimin çoklu bileşenlerine katkıda bulunan bir yapısal zemin sunduğunu düşündürür. Yine de birey-içi değişkenlik yüksektir: Asimetri derecesi ile belirli bilişsel alt-ölçekler arasında probabilistik ilişkiler bulunur; deterministik haritalar beklemek hatalı olur.

Yöntemsel notlar: Nasıl saptanıyor?

  • Yüksek-çözünürlüklü T1-ağırlıklı MRG ve yüzey-bazlı yeniden yapılandırma (kortikal mesh).
  • Sulkal derinlik haritaları ve yerel eğrilik ölçütleri; grup-düzeyi sulkal şablonlarla eşleştirme.
  • Gelişimsel kohortlar (yenidoğan-çocuk-erişkin) ve karşılaştırmalı örnekler (şempanze vb.).
  • Bağlantısal eşleştirme: Dinlenim-durumu işlevsel bağlantısallık (rs-fMRI) ve difüzyon temelli lif anatomisi ile morfoloji-bağlantısallık korelasyonları.
  • Genotip-fenotip eşleştirmesi: Düzenleyici bölgelerin varyantları ile sulkal metriklerin ilişkilendirilmesi.

Broader nörobilimsel bağlam: Lateralizasyonun yeniden okunması

İnsan beynindeki yapısal-işlevsel asimetri yalnızca “sol-dil / sağ-mekânsal” dikotomisi ile açıklanamaz. STAP gibi mikromorfolojik işaretler, sağ hemisferin sosyal-işitsel vurgusunu ve sol hemisferin dilsel-dizgesel vurgusunu birbirine eklemleyen bir mimariye işaret eder. Bu, dilin yalnızca sembolik değil, aynı zamanda sosyal etkileşimsel doğasını (prosidik ipuçlar, konuşmacı niyeti, alıcıya uyum) yansıtır. Böyle bir çerçeve, Cambridge geleneğinden bilişsel arkeoloji ve nöroarkeoloji yaklaşımlarıyla da uyumludur: Beynin maddi kültürle ortak evrimi, morfolojik “işaret direkleri” üzerinden izlenebilir.

Açık sorular ve araştırma yönleri

  • Nedensellik: STAP derinliği, sosyal-dilsel performansın nedeni mi, belirteci mi? Gelişimsel boylamsal ve genetik-nedensel (ör. Mendelyan rasgeleleme) çalışmalar gereklidir.
  • Bağlantısal mekanizma: Derinliğin artışı, yerel mikromimari (katman-spesifik piramidal yoğunluk, interneuron dağılımı) ve uzun-menzilli lif demetleri (arcuatus, SLF/temporal uçlar) ile nasıl bağlanıyor?
  • Türler arası çeşitlilik: Şempanze dışında bonobo, makak ve insansı maymunlar spektrumunda STAP benzeri motiflerin seyreklik/şiddet dereceleri nedir?
  • Bilişsel haritalama: Prosodi, yüz-ses eşleşmesi, zihin kuramı alt-bileşenleri ile bölgesel STAP ölçümleri arasındaki ince taneli (fine-grained) eşleşmeler nasıl modellenebilir?
  • Hastalık-ilişkisi: Sosyal iletişim ve dilin etkileşimli bozuluşunu gösteren durumlarda (ör. afazilerde sosyal pragmatik etkilenim, şizofrenide niyet çıkarımı bozukluğu), STAP metrikleri biyobelirteç olabilir mi?
İleri Okuma
  1. Stout, D., Toth, N., Schick, K., & Chaminade, T. (2008). Neural correlates of Early Stone Age toolmaking: technology, language and cognition in human evolution. Philosophical Transactions of the Royal Society B, 363(1499), 1939–1949.
  2. Renfrew, C. (2012). Towards a Cognitive Archaeology. In Handbook of Cognitive Archaeology: Psychology in Prehistory (pp. 15–30). Routledge.
  3. Leroy, F., Cai, Q., Bogart, S. L., Dubois, J., Coulon, O., Monzalvo, K., Fischer, C., Glasel, H., Van der Haegen, L., Bénézit, A., Lin, C.-P., Kennedy, D. N., Ihara, A. S., Hertz-Pannier, L., Moutard, M.-L., Poupon, C., Brysbaert, M., Roberts, N., Hopkins, W. D., Mangin, J.-F., & Dehaene-Lambertz, G. (2015). New human-specific brain landmark: The depth asymmetry of superior temporal sulcus. Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), 112(4), 1208–1213. https://doi.org/10.1073/pnas.1412389112
  4. Beauchamp, M. S. (2015). The social mysteries of the superior temporal sulcus. Trends in Cognitive Sciences, 19(9), 489–490.
  5. Deen, B., Koldewyn, K., Kanwisher, N., & Saxe, R. (2015). Functional Organization of Social Perception and Cognition in the Superior Temporal Sulcus. Cerebral Cortex, 25(11), 4596–4609.
  6. Le Guen, Y., et al. (2019). A DACT1 enhancer modulates brain asymmetric temporal regions in humans. bioRxiv (Preprint). https://doi.org/10.1101/539189
  7. Kausel, L., et al. (2024). The role of the left superior temporal sulcus in social communication. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 160, 105322.
  8. Sanders, R. (2025). Are groovy brains more efficient? Berkeley News.

Yayım tarihi

İnsanların Şempanzelerden Ayrılmaları Sanılandan Daha Önce Gerçekleşti!

12.5 milyon yıl önce yaşamış bir primatın analizlerinde, bu primatın bir tip goril olduğu önermesi yapılıyor. Eğer doğruysa, bu, gorillerin düşünüldüğünden çok daha önce evrimleştiği anlamına geliyor, ayrıca insanların şempanzelerden ayrıldığı tarihi de 2 milyon yıl öncesine götürüyor.

Kanada’daki University of Toronto’dan David Begun, şimdi Avrupa dediğimiz yerde yaklaşık 12.5 milyon yıl önce yaşamış Dryopithecus fosillerinin analizlerini tekrarladı. David Begun’a göre, kafatasının karakterteristikleri büyük-insansı maymunlardan daha önce evrimleştiğini göstermiyor; aslında Dryopithecus’un kendisi büyük-insansı maymun. Kafatasının bağlantı noktasındaki kemiklerin açılarını, ve beynin olduğu yerin yüze bağlanma şeklini değerlendirince bir gorile ait olduğu anlaşılıyor.

Orang-utanlar, insan soyundan ayrılmadan önceki en eski primatlar ve bu primatları Dryopithecus takip ediyor, sonrasında ise şempanzeler. Fakat, eğer Dryopithecus aslında goril ise, bu durum türleri, insanlara ve şempanzelere daha da yaklaştırıyor.

Begun’un belirttiğine göre; yüz hatları değerlendirildiği zaman Dryopithecus’un insan soyundan yaklaşık 14 milyon yıl önce ayrıldığı önermesi yapılabiliyor. Buradan yola çıkarak da, insan soyunun şempanzelerden yaklaşık 10 milyon yıl önce ayrıldığı tahmininde bulunulabiliyor. Bu tarih, fosil kayıtlarını temel alan daha önceki tahminlerden 2 milyon yıldan daha eski, fakat aslında genetik analizleri temel alan son zamanlardaki tahminlere de yakın.

David Begun: ‘’Peki ya, küçük bir goril gibi görünen Dryopithecus gerçekten de insanlardan bir kol olarak ayrılan küçük bir goril ise?” diyor ve ekliyor: Goril, şempanze ve insanların farklılaşmalarının zamanlarını birbirlerine kıyasla biliyoruz. Bundan dolayı, gorillerden diğerlerine ayrılmayı, fosil saatini yeniden ayarlamada kullanabiliriz.

Genetik kıyaslamalar ile de ayrıca türlerin ortak atadan ne zaman ayrıştıkları belirlenebiliyor. Genetik kıyaslamalar, ortak atanın hayatta olduğu zamandan sonra geçirdikleri süreleri ile orantlılı olarak, iki tür arasındaki genetik farklılıkların sayısını temel alıyor. Bu sebepten dolayı moleküler saatler olarak da biliniyorlar.

Moleküler Saatler

Şu anda moleküler saatler, insanların ve şempanzelerin ayrışmalarının tarihinin en az 7 milyon yıl önce (insan hattında olduğu düşünülen en eski fosil Sahelanthropus’un yaşadığı düşünülen zaman) olarak belirliyorlar. Fakat bazı çalışmalarda da moleküler zamanların 13 milyon yıl öncesine kadar gittiğini varsayılıyor.

University of Cambridge’dan Aylwyn Scally’ye göre; ortak atanın en son görüldüğü zaman ile iki ayrı ve aynı anda yaşamış türün varlığının arasındaki sürenin hesaplanması orijinal türlerin popülasyonuna bağlı: popülasyon ne kadar büyükse son ortak ataya süre olarak uzaklık o kadar artacaktır.

Gerçek analizler 9 ila 10 milyon yıllık bulunmuş fosillere bağlı olacak. Fakat bu hiç de kolay değil. Son zamanlardaki fosil keşifleri oldukça az ve bu fosiller oldukça yetersiz.

 

Kaynak: ”Ape fossils put the origin of humanity at 10 million years ago” New Scientist Retrieved from https://www.newscientist.com/article/dn28274-ape-fossils-put-the-origin-of-humanity-at-10-million-years-ago

Yayım tarihi

Beynimizi Özel Yapan Nedir?

İnsan beyni eşsizdir. Bilişsel kapasitemizin şaşırtıcılığı; tekeri icat etmemize, piramitleri inşa etmemize ve ay yüzeyine inebilmemize olanak sundu. Bilim insanları; insan beyninin bu dikkate değer yanını kimi zaman “evrimin başat başarısı” olarak taçlandırır.

Fakat, tam olarak beynimizi eşsiz yapan nedir? Önde gelen bazı görüşler; beynimizin, boyutu göz önüne alındığında daha fazla nöron sahibi olduğu ve daha fazla enerji sarfettiğini, yüksek biliş seviyesinden sorumlu serebral korteksimizin orantısız bir biçimde büyük olduğunu (toplam beyin kütlemizin %80’inden fazlası) referan gösteriyor.

Ancak son yıllarda yapılan çalışmalar, eşsiz bir nöron sayma yöntemiyle ( beyni homojen bir karışımda çözerek) bu yerleşik düşünceleri çürüttüler. Beyin Çorbası ismi verilen bu teknik ile araştırmacılar; beyin büyüklüğümüze oranla nöron sayımızın diğer primatlarla tutarlı olduğu ve yüksek bilişten sorumlu serebral korteksimizin de beynimizdeki bütün nöronların yalnızca %20’sini barındırdığı, bunun da diğer memelilerle hemen hemen aynı oran olduğu bulgusuna eriştiler. Bu bulgular ışığında, bilim insanları insan beyninin esasında; pişmiş gıdalar sayesinde daha fazla kalori tüketmeye başlamamızla birlikte bir primat beyninin büyümesiyle doğrusal ölçekteolduğunu ileri sürüyorlar.

Bazı araştırmacılar ise; yalnızca insan beynine özgü olduğu düşünülen özelliklerin hayvanlar aleminin diğer üyelerinde de var olduğu bulgusuna ulaştılar. Örneğin; maymunlar da adalet duygusuna sahiptirler. Fareler defedakârlık ve empati gösteriyorlar. Geçtiğimiz aylarda Nature Communications ‘da yayımlanan bir çalışmada bilim insanları, makaklar ve insanların dilin temel yapılarını işlemeden sorumlu ortak beyin bölgeleri olduğu bulgusuna ulaşmıştı.

Her ne kadar beyinimizin özel olduğuna dair ileri sürülen gerekçelerin bazıları çürütülmüş olsa da, birçok yönden farklılık gösteriyoruz. Bu farklılıklar da genlerimizde ve çevreye uyum sağlama yetimizde yatıyor. Yapılan iki yeni çalışma tartışmaya yeni bakış açıları sağlıyor.

Eşsiz Genetik İşaretler

Genetik düzeyde, insanlar diğer hayvanlarla benzerdir. DNA’mızın %90’ından fazlası; şempanzeleri, bonobolaro ve gorilleri içeren yakın akrabalarımızla ortaktır. Öte yandan fareler ve insanlar; aynı olan birçok geni paylaşırlar(bu yüzden fareler birçok insan hastalığının tedavisi çalışmalarında model olarak kullanılır). Ancak son yıllarda yapılan çalışmalar, özel protein kodlayan bazı DNA kesitlerinin  insanlar ile diğer hayvanlar arasında biraz farklılık gösterebileceğini ortaya çıkardı.

Daha sağlam veriler toplayabilme tekniklerinin gelişmesi insan beyni ile diğer türler arasındaki nüansların çözülebilmesine olanak sunuyor. Örneğin, Allen Institute for Brain Science ‘dan bilim insanları  yetişkin fare ve insan beynini de içeren çeşitli türlerin binlerce gen ekspresyonunun detaylı bir atlasını geliştirdiler. Geçtiğimiz haftalarda Nature Neuroscience’da yayımlanan bir çalışmada araştırmacılar, insan populasyonunda da ortak olan gen ekspresyonu örgülerine bakma için bu veri setlerini kullandılar. Araştırmada altı bireyde 132 beyin bölgesinde ortak olan 20.000 genin 32 benzersiz işaretini tanımladılar (haritayı buradan inceleyebilirsiniz.) Bu özgün genetik kod bizim insan özellikleri göstermemize neyin sebep olduğuna dair bir açıklama sağlayabilir.

Araştırmacılar insanlar ile fareleri karşılaştırdıklarında, nöronlarla ilişkili genlerin türler arasında oldukça iyi korunmuş olmasına karşın, gliyal hücrelerle –geniş bir görev çeşitliliğine sahip nöronal olmayan hücreler–ilişkili genlerin böyle olmadığını gördüler. Öte yandan, gliya ile ilişkili gen örgüsünün Alzheimer gibi beyin hastalıklarını kapsayan genlerle örtüştüğü bulgusuna erişildi. Bu bulgular da uzunca bir süredir beynin destek hücreleri olduğu düşünülen gliyal hücrelerin aslında hastalıkta ve gelişimde önemli bir role sahip olduğunu ortaya çıkaran çalışmalara güncel desteler sunuyor.

Bu bulgu aynı zamanda beynin plastisitesine dair bir başka önemli çıkarıma da sahip olabilir; gliya beynin şekillenmesinde önemli bir role sahip. Ancak bu durumun yalnızca insanlara özgü mü, yoksa diğer primatlarda da görülüp görülmediği noktasında daha fazla analize ihtiyaçları var.

Maymundan İnsana

Plastisite eşsiz bilişsel yetilerimize sebep olan beynimizdeki özel farklılıkların altında yatan şey olabilir. Geçtiğimiz aylarda Proceedings of the National Academy of Sciences ‘da yayımlanan bir çalışmada; insan beyninin genetik olarak daha az kalıtsal olabileceği ve böylelikle de yakın akrabalarımız olan şempanzelerden daha fazla plastik özellikte olabileceği ileri sürülüyor.

Yapılan bu çalışmada, 218 insan ve 216 şempanze beyninde genlerin beyin büyüklüğü ve organizasyonuna etkileri karşılaştırıldı. Çalışma sonunda beyin büyüklüğünün her iki türde de büyük oranda kalıtsal olduğu, serebral korteks organizasyonunun ise  insanlarda şempanzelere kıyasla genetik olarak daha az kontrol edildiği bulgusuna ulaşıldı. Doğum anında beynimizin diğer primat kuzenlerimize kıyasla daha az gelişmiş olması ve bu durumun da bizler için çevremizin şekillendirdiği uzun bir süreci yaratması bu farklılığın muhtemel bir açıklaması olabilir.

Sonuç olarak; faklılığın temelinde yatan şeyin tam olarak ne olduğunu belirleyebilmek için daha fazla araştırmaya ihtiyacımız var. İnsanlar ile diğer memeliler ve apelerin ortak özelliklerine dair bilmediğimiz çok şey var.

Kaynak:

  1. Bilimfili,
  2. What Makes Our Brains Special? ScientificAmerican MIND. (2015, November 24)
  3. Suzana Herculano-Houzel The human brain in numbers: a linearly scaled-up primate brain Front. Hum. Neurosci., 09 November 2009 | http://dx.doi.org/10.3389/neuro.09.031.2009
  4. Sarah F. Brosnan & Frans B. M. de Waal Monkeys reject unequal pay Nature 425, 297-299 (18 September 2003) | doi:10.1038/nature01963; Received 14 May 2003; Accepted 23 July 2003
  5. Nobuya Sato , Ling Tan, Kazushi Tate, Maya Okada Rats demonstrate helping behavior toward a soaked conspecific Animal Cognition September 2015, Volume 18, Issue 5, pp 1039-1047 First online: 12 May 2015
  6. Benjamin Wilson, Yukiko Kikuchi, Li Sun, David Hunter, Frederic Dick, Kenny Smith, Alexander Thiele, Timothy D. Griffiths, William D. Marslen-Wilson & Christopher I. Petkov Auditory sequence processing reveals evolutionarily conserved regions of frontal cortex in macaques and humans Nature Communications 6, Article number: 8901 doi:10.1038/ncomms9901 Received 23 April 2015 Accepted 14 October 2015 Published 17 November 2015 Article tools
  7. Madissoon E, Töhönen V, Vesterlund L, Katayama S, Unneberg P, Inzunza J, Hovatta O, Kere J. Differences in gene expression between mouse and human for dynamically regulated genes in early embryo. PLoS One. 2014 Aug 4;9(8):e102949. doi: 10.1371/journal.pone.0102949. eCollection 2014.
  8.  Michael Hawrylycz, Jeremy A Miller, Vilas Menon, David Feng, Tim Dolbeare1, Angela L Guillozet-Bongaarts, Anil G Jegga, Bruce J Aronow, Chang-Kyu Lee, Amy Bernard, Matthew F Glasser, Donna L Dierker, Jörg Menche, Aaron Szafer, Forrest Collman, Pascal Grange7, Kenneth A Berman8, Stefan Mihalas, Zizhen Yao1, Lance Stewart, Albert-László Barabási, Jay Schulkin, John Phillips1, Lydia Ng, Chinh Dang, David R Haynor, Allan Jones, David C Van Essen, Christof Koch & Ed Lein Canonical genetic signatures of the adult human brain VOLUME 18 | NUMBER 12 | DECEMBER 2015 nature neurOSCIenCe Received 22 August; accepted 16 October; published online 16 November 2015; doi:10.1038/nn.4171
  9. S. Ben Achour, O. Pascual Glia: The many ways to modulate synaptic plasticity Neurochemistry International Volume 57, Issue 4, November 2010, Pages 440–445 Glia as Neurotransmitter Sources and Sensors doi:10.1016/j.neuint.2010.02.013
  10. Aida Gómez-Robles, William D. Hopkinsc,d, Steven J. Schapiroe, and Chet C. Sherwood Relaxed genetic control of cortical organization in human brains compared with chimpanzees Proceedings of the National Academy of Sciences vol. 112 no. 48 > Aida Gómez-Robles, 14799–14804, doi: 10.1073/pnas.1512646112
Yayım tarihi

Primatlarda ve Kemirgenlerde Beyinden Beyine Bağlantı Kuruldu

Brainet sistemlerinin deneysel uygulaması ve paradigmatik önemi

Duke araştırma grubunun çalışması, bireysel sinir kontrolü kavramını kolektif beyin ağlarına genişleterek beyin-makine arayüzlerinin (BMI) geliştirilmesinde paradigmatik bir değişimi işaret ediyor. Bu çalışmalarda, aynı türe ait birkaç hayvanın (makaklar ve fareler) beyinleri, yerleştirilen elektrot dizileri aracılığıyla ilk kez doğrudan birbirine bağlandı ve bu sayede bilişsel ve motor görevlerin birlikte çözülmesi sağlandı. Beyinler arasında gerçek zamanlı çift yönlü bilgi işlemeyi mümkün kılan bu ağ bağlantılarını tanımlamak için “brainet” terimi ortaya atıldı.

Primat Brainet: Sanal bir kolun işbirlikçi kontrolü

Primat deneyinde, üç makak maymununun motor ve somatosensoriyel korteksine elektrot dizileri yerleştirildi. Hayvanlar sanal bir kolun hareketini ortaklaşa kontrol ederken, 700’den fazla nöronun beyin aktivitesi eş zamanlı olarak kaydedildi. Her maymun kol hareketinin üç uzaysal boyutundan (x ve y ekseni) ikisini kontrol ediyordu. Üçüncü parametre (z ekseni), üç maymunun beyin sinyallerinin senkronize edilmesiyle hesaplandı. Ekrandaki hedefe başarıyla ulaşmak hassas bir sinirsel koordinasyon gerektiriyordu. Sonuçlar, artan pratikle birlikte kolektif motor kontrolünün daha verimli ve adaptif hale geldiğini gösterdi. Bu, kolektif bir ortamda sinir ağlarının esnekliğinin ve öğrenme kapasitesinin bir göstergesidir.

Kemirgen Beyin Ağı: Küçük Gruplarda Desen Tanıma ve Bilgi Entegrasyonu

İkinci deneyde, somatosensoriyel korteksleri mikrokablo dizileriyle birbirine bağlanmış üç ila dört fareden oluşan gruplar yer aldı. Hayvanlara sıcaklık ve hava basıncı verileri gibi duyusal bilgiler verildi. Görev, toplu bilgi işlemeye dayanarak hava durumunda bir değişiklik olasılığını (örneğin yağmur olasılığı) tahmin etmekti. Her bir farenin sadece kendi duyusal girdilerini yorumlaması değil, aynı zamanda bunları diğer hayvanlarınkilerle bütünleştirmesi gerekiyordu. Dikkat çekici bir şekilde, hayvan grupları belirli görevlerde bireysel hayvanlara kıyasla eşit veya daha üstün performans gösterdiler; bu da ortaya çıkan kolektif zeka mekanizmalarını düşündürmektedir.

Klinik ve teknolojik perspektifler

Sunulan sonuçlar, Brainets’in sadece sinirsel esneklik, senkronizasyon ve bilişin incelenmesi için yeni bir model sunmakla kalmayıp, aynı zamanda potansiyel olarak organik bilgisayar mimarilerinin temeli olarak da hizmet edebileceğini göstermektedir. Bu sistemler artık salt algoritmik-dijital olmayacak, bilgi işleme için biyolojik alt tabakaları kullanacak. Klinik araştırmalarda kolektif BKİ’lerin nörolojik hastalıkların tedavisinde veya motor fonksiyonların rehabilitasyonunda yeni yaklaşımlara olanak sağlayabileceği düşünülmektedir.

Metodoloji

Tüm deneyler, hem aksiyon potansiyellerini hem de yerel alan potansiyellerini kaydedebilen yüksek çözünürlüklü diziler kullanılarak gerçekleştirildi. Sinir sinyalleri algoritmalar kullanılarak çözümlendi ve hareket veya karar sinyallerine dönüştürüldü. Hayvanların başarılı bir şekilde işbirliği yapabilmeleri için bilginin çift yönlü akışı hayati önem taşıyordu.

Keşif

Brainet (birden fazla beyne bağlanan sinir ağları) kavramı, beyin-makine arayüzleri ve sinir iletişim teknolojilerindeki gelişmelerden ortaya çıkan sinir biliminde modern bir gelişmedir.

Erken sinir bilimi keşifleri:

    • Hans Berger’in EEG’si (1924): İlk insan beyin dalgası kayıtları, elektriksel beyin aktivitesini anlamak için temel oluşturdu.
    • Beyin haritalama: Broca (1861), Fritsch & Hitzig (1870) ve diğerlerinin çalışmaları, hedeflenen sinirsel arayüzlemeye olanak tanıyan yerelleştirilmiş beyin işlevlerini sağladı.

    Modern sinir bilimi altyapısı:

      • Beyin bankaları (1960’lar): Beyin dokusunun sistematik olarak korunması, sinir yapılarının karşılaştırmalı çalışmalarını kolaylaştırdı.
      • Hesaplamalı modeller: Morris–Lecar modeli (1981) ve diğerleri sinirsel aktivitenin niceliksel analizini ilerletti.

      Temel teknolojik sıçramalar:

        • Hafıza kaydı (2013): Bir farenin hafızası deneysel olarak kaydedildi ve sinirsel veri çıkarma işleminin uygulanabilirliğini gösterdi.
        • Beyin-makine arayüzleri: Elektrot teknolojisi ve sinyal işleme alanındaki gelişmeler gerçek zamanlı beyin-bilgisayar iletişimini mümkün kıldı.

        BrainNet kavramı muhtemelen bu temeller üzerine inşa edilmiştir ve işbirlikçi sinirsel görevleri başarmak için çoklu beyin sinyal kaydını (EEG veya implantlar aracılığıyla) hesaplamalı entegrasyonla birleştirir. Kaynaklar doğrudan BrainNet’e atıfta bulunmasa da temel nörofizyolojiden karmaşık beyin arayüzüne doğru kritik yörüngeyi ana hatlarıyla belirtirler. BrainNet’e özgü gelişmeler için, 2013 sonrası araştırmalardan (sağlanan kaynakların ötesinde) ek bağlam gerekecektir; çünkü terim, bu tarihi atılımların en son uygulamasını temsil etmektedir.

        İleri Okuma
        1. Nicolelis, M. A. L., & Lebedev, M. A. (2009). Principles of neural ensemble physiology underlying the operation of brain-machine interfaces. Nature Reviews Neuroscience, 10(7), 530–540. https://doi.org/10.1038/nrn2653
        2. Lebedev, M. A., O’Doherty, J. E., Zhuang, K. Z., & Nicolelis, M. A. L. (2011). Brain–machine interfaces: past, present and future. Trends in Neurosciences, 34(9), 534–546. https://doi.org/10.1016/j.tins.2011.07.001
        3. Pais-Vieira, M., Lebedev, M., Kunicki, C., Wang, J., & Nicolelis, M. A. L. (2013). A Brain-to-Brain Interface for Real-Time Sharing of Sensorimotor Information. Scientific Reports, 3, Article 1319. https://doi.org/10.1038/srep01319
        4. Ramakrishnan, A., Byun, Y. W., Rand, K., Pedemonte, J. C., Lebedev, M. A., & Nicolelis, M. A. L. (2015). A Brain-to-Brain Interface for Real-Time Sharing of Behavioral Information. Scientific Reports, 5, Article 11869. https://doi.org/10.1038/srep11869
        5. Pais-Vieira, M., Chiuffa, G., Lebedev, M., Yadav, A., & Nicolelis, M. A. L. (2015). Building an organic computing device with multiple interconnected brains. Scientific Reports, 5, Article 11869. https://doi.org/10.1038/srep11869
        6. Arjun Ramakrishnan, Peter J. Ifft, Miguel Pais-Vieira, Yoon Woo Byun, Katie Z. Zhuang, Mikhail A. Lebedev, Miguel A.L. Nicolelis. Computing Arm Movements with a Monkey Brainet. Scientific Reports, 2015; 5: 10767 DOI: 10.1038/srep10767
        WordPress gururla sunar