Bilim insanları beynin neden açıkta duran nesneleri bazen görmediğini açıkladı

Salk Biyolojik Çalışmalar Enstitüsü'nde yürütülen son araştırmada, nörobilimci John Reynolds liderliğindeki ekip, beyin dalgalarının görsel algıdaki rolünü ortaya koyan dikkat çekici bulgular açıkladı. Araştırmada, beynin görsel korteksindeki elektriksel aktivite dalgalarının, bir kişinin çevresini nasıl gördüğünü ve algıladığını belirlediği vurgulandı. Elde edilen veriler, beyin dalgalarının yalnızca pasif bir sinyal değil, doğrudan algı ve hafıza süreçlerinde etkin bir mekanizma olduğunu gösterdi. Özellikle, bir nesnenin göz önünde olmasına rağmen neden zaman zaman fark edilmediği, dalgaların konumuna bağlı olarak açıklanabiliyor. Bu yeni bakış açısı, beyindeki dalgaların algıdaki merkezi rolünü gözler önüne seriyor.

John Reynolds: "Beyin dalgaları algıyı şekillendiriyor"

Geçmişte, görsel korteksteki beyin dalgaları genellikle anestezi altındaki hayvanlara özgü bir özellik olarak kabul ediliyordu. Ancak 2020 yılında John Reynolds ve ekibi, uyanık ve aktif hayvanlarda da bu dalgaların varlığını tespit etti. Ekip, küçük maymunlar olan marmosetler üzerinde yaptığı deneylerde, hayvanların ekranda beliren soluk hedefleri tespit etmeleri için eğitildiğini ve bu süreçte beyin dalgalarının sürekli olarak yayıldığını gözlemledi. Dalgalar, ekranda herhangi bir uyarıcı olmadan kendiliğinden ortaya çıktı ve yaklaşık iki feet (0.6 metre) hızla ilerledi. Araştırmanın dikkat çekici bulgularından biri ise, bir hedef ortaya çıktığında dalganın o anda nerede bulunduğunun, hayvanın hedefi görüp görmemesini öngörebilmesiydi. Bu sonuçlar, beyin dalgalarının yalnızca bir kayıt anomalisinden ibaret olmadığını, doğrudan davranış üzerinde etkili bir unsur olduğunu ortaya koydu. Reynolds, Earth.com'a yaptığı açıklamada, hareketli bir dalganın görsel korteksin bir bölümünü daha yüksek uyarılma düzeyine çıkardığında, o bölgedeki nöronların soluk hedeflere daha güçlü tepki verdiğini ve bu hedeflerin görülme olasılığının arttığını belirtti. Bu bulgu, beyin dalgalarının algının temel yapıtaşlarından biri olduğunu gözler önüne serdi.

Görsel korteksin sırları: Yatay bağlantılar ve dalga dinamikleri

Beyin dalgalarının kökenini anlamak için görsel korteksin bağlantı yapısına bakmak gerekiyor. Araştırmada, görsel korteksteki bir nörona ulaşan bağlantıların yalnızca yüzde 5'inin gözlerden gelen sinyalleri taşıdığı, yüzde 80'inin ise yatay bağlantılar aracılığıyla sağlandığı ortaya çıktı. Bu yatay lifler, nöronları aynı doku tabakasındaki diğer nöronlarla yanlara doğru bağlar ve çoğunlukla yakın çevredeki hücrelerden sinyal alır. Yatay liflerin yavaş iletim özelliği, sinyallerin uzak komşulara ulaşmasında zaman farkı yaratır. Bu yerel bağlantılar ve gecikmeler, beyin dalgalarının oluşmasının temelini oluşturur. Görsel korteksin, dışarıdan gelen görüntüleri sadece yukarı taşıyan bir kanal olmadığı, çoğu zaman kendi iç iletişimi için bu kabloları kullandığı vurgulandı. Dalgalar, bu iç iletişimin dışarıdan gözlemlenebilen yansıması olarak tanımlandı. Araştırmacılar, benzer dalga modellerinin beynin yalnızca görsel bölgesinde değil, hareket, planlama ve hafıza gibi farklı alanlarında da ortaya çıktığını belirtti.

Beyin dalgaları hesaplama ve tahmin süreçlerinde aktif rol oynuyor

Yapılan yeni analizde, biyolojik veriler ile bilgisayar modellemeleri bir araya getirilerek beyin dalgalarının işlevleri detaylı şekilde incelendi. Araştırmacılar, beyin dalgalarını dört ana göreve atfetti. Bunlardan ikisi mevcut anla ilgilidir: Dalgalar, algıyı o anda ayarlar ve kısa süre önce gelen duyusal bilgileri sahnenin içsel bir resmine dahil eder. Diğer iki işlev ise zaman içinde yayılır: Dalgalar, gelecekte olacaklara dair kısa vadeli tahminler üretir ve geçmişteki olayların anılarını depolar, gerektiğinde yeniden oynatır. Bu tahmin mekanizması, bilgisayar simülasyonlarında da test edildi. Önceki bir çalışmada, yerel bağlantılar ve mesafeye bağlı gecikmelerle oluşturulan yapay bir ağda, gelen bir ışık patlaması dalga oluşturdu. Analiz yazılımı, patlamanın tam olarak nerede ve ne zaman gerçekleştiğini tespit edebildi. Yatay bağlantılar çıkarıldığında ise ağın performansı rastlantısal düzeye geriledi. Ayrıca, kısa bir filmle eğitilen ağ, ek bir girdi olmadan 100'e kadar gelecekteki görüntüyü kendi bağlantı yapısından üretebildi. Bağlantıların ve gecikmelerin bozulması durumunda ise dalgalar ve tahmin yeteneği tamamen ortadan kalktı. Reynolds, Earth.com'a gönderdiği e-postada, "Yeni fikir, bu dalgaların kendilerinin hesaplama yaptığıdır" diyerek, beyin dalgalarının salt bir yan ürün değil, aktif bir hesaplama mekanizması olduğuna dikkat çekti.

Deneyim ve öğrenme: Beyin dalgalarının bağlantılar üzerindeki etkisi

Beyin dalgalarının işlevi, onları üreten bağlantıların zamanla değişmesiyle daha da karmaşık hale geliyor. Araştırmacılar, her yeni görüntü ve hareketin bu bağlantıları hafifçe değiştirdiğini ve bunun dış dünyanın beyin tarafından kaydedilmesini sağladığını belirtti. Aylar ve yıllar boyunca, beyin devresi dünyanın tutarlı davranışlarını öğrenir ve bu deneyimler, nöral bağlantıların güçlenmesine yol açar. Nesneler üç boyutlu yapısını korur, retina hareket ettiğinde görüntüler kayar ve fiziksel kurallar sabit kalır. Eğer beyin bağlantıları bu sabitlikleri önceden varsayıyorsa, tekrar tekrar işlenmesine gerek kalmaz. Reynolds, "Dünyayı asla doğrudan deneyimlemezsiniz. Beyniniz, deneyimler, beklentiler ve duyusal kanıtlar temelinde içsel bir model kurar" diyerek, beynin tıpkı büyük dil modelleri gibi istatistiksel kalıpları öğrenip bunlara uygun yanıtlar ürettiğini ifade etti. Beyin dokusunun oluşturduğu üretken model, dünyayı ileriye dönük işler ve durağan görüntüleri etiketlemek yerine sürekli tahmin üretir.