Hafıza ve Öğrenme

İ

nsan, bilinen canlı türleri arasında en geliş-miş beyne sahiptir. Konuşabilme özelliği bi-le tek başına insan beyninin ne kadar gelişmiş olduğunun kanıtıdır. Orantısal olarak vücudun küçük bir bölümünü kaplasa da, toplam ener-jinin beşte biri beyin tarafından kullanılır. Hafı-zası en güçlü olan ve en fazla öğrenme yetisi-ne sahip olan canlı insandır. Öğrenme ve hafı-za konusunda ilk bilimsel deneyler 1885 yılında Hermann Ebbinghaus, birkaç yıl sonra da Ivan Pavlov ve Edgar Thorndike tarafından yapılmış-tır. Pierre Paul Broca adlı bir bilim insanı 1863 yı-lında, beynin belli bir bölgesindeki hücre kaybı-nın konuşma işlevinin kaybına yol açtığını gös-terdi. Şiddetli epilepsi (sara) nöbetleri geçiren bir hastada, tedavi amacıyla beynin orta bölge-sindeki bir bölgenin çıkarılması, hafıza ve öğ-renme konusunda yeni bir çığır açtı. Beynin iç kısmındaki, hipokampus denilen bölgesi çıkar-tılan hastanın epilepsi nöbetleri geçti ve düşün-me (entelektüel) yetisinde belirgin bir değişik-lik gözlenmedi. Buna karşın hasta kahvaltıda ne yediğini dahi hatırlayamıyor, hastanede yo-lunu bulamıyordu. Uzun yıllardır tanıdığı dok-torunu, geçmişte olan olayları hatırlıyor ancak yakın zamanda olanları kesinlikle hatırlamıyor-du. Ek olarak bu hasta, yeni şeyler öğrenemiyor ancak daha önce öğrendiklerini uygulamakta zorluk çekmiyordu. Bu tecrübe bilim insanları-na hafızanın merkezi ve türleri hakkında önem-li ipuçları verdi.

Hafıza, kısa süreli ve uzun süreli olmak üze-re ikiye ayrılır. Kısa dönem hafıza, bilgilerin bir-kaç saniye ile birbir-kaç dakika kadar bellekte tutul-masıdır. Çalışma hafızası olarak da adlandırılan bu hafıza anlık işleri yapmak için kullanılır. Biraz sonra çevireceğimiz yeni bir telefon numarası-nı veya bir kere göreceğimiz bir kişinin ismini kı-sa bir süre aklımızda tutmak için bu hafızayı kul-lanırız. Kısa süreli hafızadaki bilgiler, onlara ihti-yacımız kalmadığında kaybolur, yani unutulur. Uzun dönem hafizaysa, bilgilerin birkaç ay veya ömür boyu bellekte tutulmasına denir. Hafıza, açık hafıza (dekleratif) ve kapalı hafıza (deklera-tif olmayan) olarak da sınıflandırılır. Kişiler, var-lıklar ve olaylarla ilgili bildiklerimiz açık hafıza-da depolanır. Derste öğrenilen bilgilerin, eşyala-rın, isimlerin hatırlanması açık hafızanın görevi-dir. Bu bilgileri istediğimizde bilinçli olarak bel-lekten çıkarıp kullanabiliriz. Kısaca, açık hafıza tamamen kontrolümüz altında olan bilgilerden oluşur. Açık hafıza da kendi içinde, anısal ve

ol-gusal olmak üzere ikiye ayrılır. Anısal hafıza da-ha önce yaşanmış olayların da-hatırlanmasını sağ-lar. Örneğin “geçen hafta buraya gelmiştim, göl-de balık avlamıştım” gibi bilgiler anısal hafızanın içeriğidir. Olgusal hafızaysa “Türkiye’nin başken-ti Ankara’dır, bir yıl 365 gündür” gibi olguların hatırlanmasından sorumludur.

Kapalı hafıza bilinçli olarak geri çağırmadığı-mız ancak ihtiyaç üzerine otomatik olarak orta-ya çıkan bilgileri kapsar. Araba kullanırken vites değiştirmek, evimizin yolunu bulmak gibi sü-rekli yaptığımız işlerde, kapalı hafıza devreye gi-rer. Bu bilgileri bellekten çekmek için düşünme-yiz, bunlar gerektiği zaman otomatik olarak bi-linç düzeyine çıkar. Kapalı hafıza temel olarak alışkanlık (habituasyon), hassaslaşma (sensiti-zasyon) ve şartlanma şeklinde oluşur. Alışkan-lık sürekli tekrar eden bir uyarana karşı canlının verdiği yanıtın giderek azalmasıdır. Bir köpeğe değişik bir ses dinletildiğinde ilk önce belirli bir tepki verir. Aynı ses, iyi veya kötü başka bir uya-ranla birleştirilmeden sürekli dinletildiğinde, köpek artık bu sese tepki vermez. Beyin, bu se-sin yararsız veya zararsız, kısaca anlamsız oldu-ğunu öğrenmiştir. Hassaslaşma ise bu mekaniz-manın tam tersi yönde işler. Ani ve yüksek ton-da bir sesle uyarılan ve korkan köpek, ton-daha son-ra daha düşük şiddette de olsa benzer bir ses duyduğunda korkar ve tepki verir. Yani köpek uyarana karşı daha duyarlı hale gelmiştir. “Süt-ten ağzı yanan yoğurdu üfleyerek yer” sözünün temelindeki mekanizma hassaslaşmadır. Şart-lanma da öğrenmenin diğer bir yoludur ve ilk olarak Dr. Pavlov’un deneylerinde gösterilmiş-tir. Bu deneylerde Pavlov, et gördükleri her sefer köpeklerin tükürük salgısının arttığını gözlem-lemişti. Bunu üzerine her seferinde, et verme-den kısa bir süre önce zil çalmıştır. Bir süre son-ra et vermeden zil çalan Pavlov, köpeklerin tü-kürük salgısının zil sesinden sonra arttığını göz-lemlemiştir. Bu temel mekanizmalarla oluşan kapalı hafıza, canlıları tehlikelerden koruyan, te-mel işlerini yapmasını ve hatta hayatta kalması-nı sağlayan önemli bir güçtür.

Beynin Hafıza Bölgeleri

Şiddetli epilepsi nöbetleri geçiren bir has-taya 1957 yılında yapılan bir ameliyatla beyni-nin iç-orta kısmındaki bir bölge çıkarıldı. Ame-liyat sonrası hasta epilepsi nöbetleri geçirme-di, ancak yakın zamanda yaptıklarını, örneğin

biraz önce ne yediğini hatırlayamıyordu. Hasta, geçmişte öğrendiklerini, eski tanıdıklarını ha-tırlayabiliyor fakat yeni bir şey öğrenemiyordu. Dr. Scoville ve Dr. Milner’in bu gözlemi, beynin iç-orta kısmında yer alan hipokampus bölgesi-nin, yeni bilgilerin işlemden geçirilip kalıcı hafı-zaya aktarılmasında kilit rol oynadığını gösterdi. Konum hücrelerinin keşfi, hipokampusun hafı-zadaki yerini vurgulayan önemli bir başka bu-luş oldu. Hayvan hipokampusundaki bu hücre-ler, sadece hayvan tanıdık bir yere geldiğinde elektrokimyasal sinyal gönderir. Komşu hücre-lerle birlikte çalışan bu bölge, hayvanların yol-larını, barınaklarını ve gıda bulmalarını sağlar.

Daha sonraki yıllarda yapılan hayvan deney-leri ve çeşitli görüntüleme teknikdeney-leri (örneğin magnetik rezonans) sayesinde beynin öğren-me ve hafızadan sorumlu bölgeleri büyük ölçü-de belirlendi. Beynin dış kabuğu tarafından al-gılanan bilgiler ilk olarak hipokampus komşu-luğundaki bölümlere gönderilir. Beynin iç-orta kısmında bulunan bu bölgelerde meydana ge-len hasarlarda kişinin nesne tanıma hafızasında kayıplar olur. Daha sonra buradaki bilgiler hipo-kampusa gönderilir. Sağ hipokampustaki hasar yön bulma hafızasına, sol hipokampustaki ha-sarsa kelimeler, nesneler ve insanlarla ilgili hafı-zaya zarar verir. Ancak her iki durumda da kısa süreli hafıza etkilenir, uzun süreli hafızaya zarar gelmez. Bu nedenle, hipokampusun uzun süre-li hafızanın ilk basamaklarında görev aldığı dü-şünülmektedir. Hipokampusta değerlendirilen bilgiler eğer uzun süreli hafızada saklanacaksa, beynin dış kabuğuna, yani kortekse gönderilir. Beynin dış kabuğunda ön tarafta yer alan dü-şünceden sorumlu bölgeyle, yan ve arka taraf-larda bulunan işitme ve görme alanları hafızay-la yakın ilişkili bölgelerdir.

Algılanan bilgiler bazı basamaklardan geçe-rek açık hafızaya atılır. İlk basamak olan kodla-mada, değişik duyu organlarınca algılanan bil-giler beynin kullanabileceği bir şekle dönüştü-rülür. Beynin dış bölümlerinde (korteks) yapı-lan bu işlemden sonra pekiştirme denilen

ikin-Hafıza ve Öğrenme

düşünceler ve bilinç konuşma beceri gerektiren hareketler

temel hareketler dokunma

beyin sapı

beyincik görme işitme, koku ve tat Doç. Dr. Ferda Şenel

Sağlık

ci basamakta, bilgiler hipokampus ve etrafın-daki bölgelerde uzun süreli saklanabilecek şek-le dönüştürülür. Kalıcı şekşek-le dönüştürüşek-len bilgi-ler depolanmak ve gerektiğinde geri çağrılmak üzere sürekli saklanacakları kısımlara, yani kor-tekse gönderilir. Kapalı hafızanın saklandığı böl-geler biraz daha farklıdır. Örneğin korkunun öğ-renilmesi beynin amigdala bölgesinde olur. Be-yin sapı ve beBe-yincik bölgelerinde meydana ge-len hasarlar, göz kırpma refleksi gibi bazı şart-lanmış hareketlerin yapılmasını engeller.

Duygusal hafızanın merkezi amigdaladır. Hi-pokampusun ön tarafında yer alan amigdala, duygusal uyaranlarla hafıza arasındaki bağlan-tıları sağlayarak kalıcı hafızanın güçlenmesine önemli katkıda bulunur. Duygusal uyaranlarla ilişkilendirilen bilgiler çok daha kalıcı olarak de-polanır. Öğrenme ve hafıza beynin sadece belir-li bir bölgesiyle sınırlı değildir, hipokampus ve çevresindeki alanların beynin değişik bölgele-riyle etkileşmesine ve çok sayıda mekanizma-nın çalışmasına bağlıdır.

Hafıza ve Öğrenmenin

Hücresel Mekanizmaları

Sinir hücresi gövde, kuyruk ve sinir ucu ol-mak üzere üç temel bölümden oluşur. Sinir hücreleri birbirleriyle sinaps denilen ve hücreler arası köprü vazifesi gören bağlantılar sayesinde haberleşir. Her sinir gövdesi, ortalama 1000 si-nir hücresinden uzanan sisi-nir uçlarıyla bağlantı halindedir. Hücre gövdesi uyarıldığında oluşan elektrokimyasal sinyaller, akson sayesinde sinir ucuna hızla iletilir. Elektrokimyasal sinyal sinir ucuna geldiğinde, buradaki mesajcı (nörotrans-mitör) moleküller sinir ucundan bağlantı boşlu-ğuna yani sinaps aralığına salgılanır. Sinaps boş-luğuna geçen moleküller diğer hücrenin uyarıl-masına yol açar. Bu sayede bir hücrede oluşan sinyal adeta dalga şeklinde diğer hücrelere ya-yılır. Hücreler arasındaki sinyal iletim gücü ve yönü hücreler arası bağlantı sayısına, mesajcı moleküllerin miktarına, türüne, salgılanma hı-zına ve bu moleküllerin diğer hücreye yapışma sayısına göre değişir. Bu unsurlar temelde ge-netik olarak belirlenmiş olsa da zaman içerisin-de önemli içerisin-değişiklikler gösterir. Beyne ulaşan uyaranlara ve vücudun ihtiyaçlarına göre, be-yin sinirler arasındaki bağlantı sayısını, salgıladı-ğı mesajcı molekül miktarını veya türünü değiş-tirmek suretiyle sinyal iletim gücünü ayarlar. Be-yinde sürekli devam eden bu değişime, esnek-lik anlamına gelen “plastisite” denir. Beyin plasti-sitesi, öğrenme ve hafızanın temel mekanizma-sını oluşturur. Yeni bilgiler öğrenirken beyinde-ki sinir hücrelerinin sayısı artmaz, ancak

bağlan-tı sayısı ve sinyal ileti gücü değişir. Bağlanbağlan-tı sayı-sı ve gücü, o sinirlerin uyarılma sayı-sıklığıyla orantı-lıdır. Sürekli uyarılan sinirler arasındaki bağlan-tılar artarken, kullanılmayan bağlanbağlan-tılar zayıfla-yarak kopar. Son yıllarda yapılan çalışmalar, öğ-renme sürecinin insan uyurken dahi devam et-tiğini göstermiştir. Uyanıkken beynin algıladı-ğı yeni bilgiler sonucunda oluşan sinirler arası bağlantılar, uyurken daha da güçlenir.

Sinir hücrelerinin uyarılması, hücrelerde bazı genlerin açığa çıkmasına, yeni mesajcı RNA’ların ve proteinlerin yapımına yol açar. Hücrede mey-dana gelen bu değişimler, bağlantı gücünü zen çok kısa süre (1-2 saniye veya dakika), ba-zen de uzun süre (aylar veya yıllar) etkiler. Sinir-ler arasındaki bağlantıların kalıcı hale gelmesi uzun süreli hafızadaki en önemli etkendir. Kısa süreli hafızadaysa hücrelerde kalıcı yapısal de-ğişiklikler değil, geçici işlevsel dede-ğişiklikler olur. En temel değişimler mesajcı moleküllerin sal-gılanmasında ve hücrelere kalsiyum (Ca2+₎ giri-şinde olur. Kısa süreli hafızada değişimler geçi-cidir, hücreler arası bağlantılar zayıftır ve hücre kısa bir süre sonra eski konumuna döner. Bir re çevireceğimiz telefon numarasını veya bir ke-re göke-receğimiz bir kişinin adını hatırlamak için kısa süreli hafızamızı kullanırız. Bir daha kulla-nılmadığı taktirde kısa sürede bu bilgiler unu-tulur. Ancak kısa süreli hafızadaki bilgiler belir-li bir süre tekrarlanırsa uzun sürebelir-li hafızaya atı-lır. Kısa süreli hafıza için oluşturulan zayıf hüc-re bağlantıları güçlenehüc-rek kalıcı hale gelir. Bazı genlerin açığa çıkması, yeni proteinlerin yapı-mı, sinaps sayısının artması gibi hücresel deği-şiklikler uzun süreli hafızada belirginleşir ve kalı-cı hale gelir. Sinir yolunun sürekli uyarılması ya-pısal değişikliklere yol açmanın yanı sıra hücre-sel bağlantıların etkileşimindeki verimliliği de

artırır. Yani, aynı sinir hücresi bir diğerini artık daha kuvvetli bir şekilde uyarmaya başlar

(LTP-long term potentiation). Sinir hücresinin

ucun-da, bağlantı yüzeyinde açığa çıkan N-metil-D-aspartat (NMDA) algılayıcıları, sinyal iletim gü-cünün önemli düzeyde artmasını sağlar. Ek ola-rak, sinir hücrelerinde bazı proteinlerin yapımı-nı tetikleyen CREB genlerinin açığa çıkması da sinyal iletim gücünü artırır. Uzun dönemde sin-yal gücünde meydana gelen ve LTP denilen bu artış, hafızanın kalıcı olmasındaki en önemli et-kendir.

Mesajcı Moleküller ve Hafıza

Mesajcı moleküller, sinir hücrelerinde olu-şan elektrokimyasal sinyallerin diğer hücrele-re iletilmesini sağlar. Mesajcılar sinir uçlarında üretilir ve depolanır. Sinir hücresi uyarıldığında, hücreler arası bağlantı boşluğuna, yani sinaps aralığına bir veya birden çok mesajcı yollanır. Her mesajcının bağlandığı ayrı bir algılayıcı ve ilettiği ayrı bir mesaj vardır. Mesajcıların çoğu, tek bir amino asitten veya 8-30 amino asitin bir-leşmesinden oluşan protein yapısındaki mo-leküllerdir. Glutamat, glisin, aspartat ve GABA amino asit olan mesajcılardır.

Mesajcı moleküllerin bazıları uyarıcı, bazıla-rı ise baskılayıcı etki gösterir. Asetilkolin, norad-renalin, serotonin, histamin, glutamat ve aspar-tat uyarıcı, dopamin, GABA ve glisin ise baskı-layıcı mesajcılardır. Glutamat öğrenme ve hafı-zayla ilişkili olan önemli bir mesajcıdır. Bu mo-lekül, sinapslarda oluşan uyarının giderek da-ha fazla güçlenmesini sağlar. Yani sinirde olu-şan her sinyal diğer siniri, giderek artan şiddet-te uyarmaya başlar. Sinir ileti gücünde uzun sü-reli artma (LTP) hafızanın kalıcı olmasını sağlar. Hipokampusun dış komşulukları Amigdala Hipok ampusun iç k omşulukları Çizim: R abia A laba y Hipokampus mfsenel@yahoo.com.tr

Bilim ve Teknik Mayıs 2012

Kalp (% 4) 200 ml Cilt (% 6) 300 ml Beyin (% 14) 700 ml Kas (% 20) 1000 ml Karaciğer (% 27) 1350 ml Böbrekler (% 22) 1100 ml Diğer (% 7) 350 ml

Morfin benzeri etkiye sahip olan enkefalin ve dinorfin, hipokampusu baskılayan mesaj-cılardır. Hipokampusta sinir ileti gücünün art-masını engelleyerek bilginin uzun süreli hafı-zaya atılmasını önler. Bu mesajcılar, stresli olay-larla başa çıkmada hayli yararlıdır. Nosiseptin ve galanin öğrenme ve hafızada etkili olan di-ğer mesajcılardır. Nosiseptin öğrenmeyi ve duy-gusal hafızayı artıran bir moleküldür. Galanin, bazı sinyal ileti yollarını tıkayarak hipokampu-su baskılar. Öğrenme ve hafızayı olumhipokampu-suz etki-leyen galanin, Alzheimer hastalığıyla da yakın-dan ilişkilidir.

Hafızayı Güçlendirmek

Algıladığımız bilgilerin depolanması hafıza-nın görevidir. İnsan beyni yeni öğrendiği bilgiyi çok kısa süreyle kullanacaksa kısa süreli hafıza-ya atar. Bir süre sonra kullanılmahafıza-yan bilgiler sili-nir. Eğer tüm bilgiler kalıcı olarak depolansaydı beynin iş yükü gereksiz yere artmış olurdu. Bey-ne giren bilgiler daha sonra kullanılacaksa uzun süreli hafızaya atılır. Kişiye gerekli olan bilgile-rin uzun süre akılda kalması, yani iyi bir ezber ve hafıza gücü hepimizin sahip olmak istediği bir özelliktir. Uzun süreli hafızanın güçlendiril-mesi için bazı şartların sağlanması gerekir. Öğ-renilmek istenilen konunun sürekli düşünülme-si, yani üzerinde kafa yorulması ve bilginin sü-rekli kullanılması kalıcı hafızaya aktarılmasın-da önemli unsurlaraktarılmasın-dan biridir. Kişinin öğrendi-ği konuya ilgisinin olması, konudan zevk alma-sı ve daha önce o konu hakkında bir miktar bil-gi sahibi olması, bilbil-ginin kalıcı hafızaya daha ko-lay atılmasını sağlar.

Yeni bilgiyi öğrenmeye hazır olmak, dikka-tini vermek yani konuya yoğunlaşmak, bilgi-nin hafızaya atılmasında temel şartlardır. Öğ-renme, mümkün olduğunca dinlenmiş durum-da yapılmalıdır. Aşırı stres, yorgunluk, uykusuz-luk ve dengesiz beslenme öğrenmeyi olumsuz etkileyen unsurlardır. Konular, basitten karmaşı-ğa doğru hiyerarşik bir sıraya konularak öğrenil-melidir. Kolay konular önce, daha zor ve karma-şık konularsa sonra öğrenmelidir. Öğrenilen un-surların kendi içinde belirli bir sıraya koyulması, gruplandırılması, ilişkilendirilmesi ve çeşitli çağ-rışımların kullanılması öğrenmeyi kolaylaştıran tekniklerdir. Örneğin bir telefon numarasını ez-berlerken o numarayı çağrıştıracak doğum tari-himiz, evimizin kapı numarası gibi başka lerden yararlanabiliriz. Yeni öğrenilen bir bilgi-yi daha önce okumuş, görmüş ve yaşamış oldu-ğumuz olaylarla veya tanıdığınız insanlarla iliş-kilendirmek de ezberlemeyi kolaylaştırır.

Öğrenme sırasında farklı konuların benzerli-ği hafızayı etkiler. İlk öğrenilen konuyla sonra-dan öğrenilen konu arasındaki benzerlik ne ka-dar çok ise, unutma da o kaka-dar çoktur. Bu ne-denle birbirinden farklı olsa da birbirine benzer konuları aynı anda öğrenmek sakıncalıdır. Öğ-renilen iki farklı konu arasındaki zaman çok kı-sa veya çok uzunkı-sa da unutma riski artar. İlk öğ-renilen konunun sadece iyi bilinmesi yeterli de-ğildir, o bilginin kalıcı hafızaya atılması için mü-kemmel öğrenene kadar çalışmaya devam edil-mesi gereklidir. Öğrenmenin sonucunda bir ka-zanım olacağının bilinmesi de, bilginin hafızaya atılmasında son derece önemlidir. Düzenli spor, dengeli beslenme ve olaylara olumlu bakış açı-sı öğrenmeyi kolaylaştıran ve hafızayı güçlendi-ren diğer unsurlardır.

Kaynaklar

Benfenati, F., “Synaptic plasticity and the neurobiology of learning and memory”, Acta bio-medica, Cilt 78, s. 58-66, 2007. Ögren, S. O., Kuteeva, E., Elvander-Tottie, E., Hökfelt, T., “Neuropeptides in learning and memory processes with focus on galanin”, European Journal of Pharmacology, Cilt 626, s. 9-17, 2010.

Purves, D., Brannon, E. M., Cabeza, R., Huettel, S. A., LaBar, K. S., Platt, M. L, Marty Woldorff, M., Principles of

Cognitive Neuroscience, 14. Bölüm,

“Declerative Memory”, s. 353-78, 2008.

Breedlove, S. M., Watson, N. V., Rosenzweig, M. R., Biological

Psychology: An Introduction to Behavioral, Cognitive, and Clinical Neuroscience, 6. Basım, 17. Bölüm,

“Learning and Memory”, s. 511-514, 2010. Johnston, M. V., Alemi, L., Harum, K. H., “Learning, Memory, and Transcription Factors”,

Pediatric Research, Cilt 53, Sayı 3:3, s. 69-74, 2003.

Vincent, J. L., “Learning and memory: while you rest, your brain keeps working”, Current biology, Cilt 19, Sayı 12R, s. 484-486, 23 Haziran 2009.

Phelps, E. A., “Human emotion and memory: interactions of the amygdala and hippocampal complex”,

Current Opinion in Neurobiology, Cilt 14, s. 198-202, 2004.

elektrik sinyali kalıcı bağ

geçici bağ elektrik sinyali

nöron uyarı

Bir nöron yeterince güçlü bir uyarı aldığında komşu nöronlardan birine bir elektrik sinyali gönderir.

İki hücrenin arasında geçici bir bağ oluşur. İleride birlikte elektrik sinyali gönderme eğilimine girerler. Başka komşu hücrelerle bağ kurarlar.

Yinelenen sinyal göndermelerle nöronlar birbirine sıkıca bağlanır.

Hangi hücreye bir uyarı gelse, artık hep birlikte elektrik sinyali gönderirler.

Etkinliğin sürmesiyle başka nöronlar da ağa katılır. Oluşan ağ tek bir anıya karşılık gelir. sinaps (boşluk) gelen ileti giden ileti akson yağlı kılıf dendritler İstirahat 5000 ml Düzelti Geçen sayıdaki İstirahat grafiğinin düzeltilmiş hali yandadır. Kas (% 20) 1000 ml olacaktır

<<<

Sağlık