Daha kolay öğrenmenin formülü: Nefes almak

Science dergisinde 2017’de yayımlanan bir makale, şaşırtıcı bir keşiften bahsediyordu: Nefesimizi düzenleyen nöronlar, bu davranışımızın diğer yönlerini de kontrol edebilecek yeteneğe sahiplerdi. Stanford Üniversitesi’ndeki araştırmacıları yaptıkları deneyde ilgilendiren, farelerin beyin sapında (beyin ile omuriliği bağlayan yapıda) bulunan ve solunum ritmini kontrol eden pré-Bötzinger kompleksi adındaki küçük bölümdü. Bu isimlendirmenin gerisinde, solunum kaslarını yöneten motor ve ön motor nöronlara doğrudan bağlantıları sayesinde nefes kontrolünü sağlayan birkaç bin nöron saklıydı. Amerikalı ekip, genetik manipülasyona duyarlılıkları açısından diğerlerinden farklı olan bazı pré-Bötzinger nöronlarının oynadıkları özel rolü anlamaya çalışıyordu.

Araştırmacılar, bu nöronların fonksiyonlarını devre dışı bıraktıklarında farelerin ölmediğini fark ettiklerinde çok şaşırdılar. Dokundukları, hayvan virüs sistemi olsa da farelerin davranışlarında çok açık bir değişiklik gözlemlediler: Genellikle fareler, çevrelerini bütün yönlere doğru hızlı bir şekilde koklayarak keşfederler. Fakat, pré-Bötzinger nöronları devre dışı bırakılanlar gayet sakindiler, yavaşça nefes alıyorlardı ve acele etmeden temizleniyorlardı. Ölçülen beyin aktiviteleri de en ufak bir stres izi taşımıyor, sakin bir uyanmanın karakteristik özelliklerini yansıtıyordu. Fareler o kadar da tepkisiz değildiler, ortamlarını daraltan gelişmelere karşı beklenen tepkileri veriyorlardı. Ancak her defasında “iyi adam” tutumlarına geri dönüyorlardı.

Araştırmacılar, beyindeki başka bir alt kortikal yapı olan ve dikkat, uyanıklık, anksiyete ile ilişkisi bulunan locus coeruleus’un devre dışı bırakılması sırasındaki etki ve gözlemlere bakarak aradaki benzerlikleri ve sonuçları incelediler. Bu iki karmaşık yapı arasındaki anatomik ilişki üzerinde çalışmaya karar verdiler. Ve gördüler ki locus coeruleus, sakin durumdan stresli duruma geçişte birincil derecede rol oynuyor ve beyni tehlike karşısında salgılanan hormon olan noradrenalin ile doldurma yeteneğine sahip. Beyinsel stres mekanizmasının kalbinde bulunan bu nöron taşıyıcı, aşırı miktarda salgılanması durumunda beynin düşünme, planlama, hatırlama ve dikkat kontrolü ile ilgili bölgesinin işlevlerini bozabilir.

Ekip ayrıca keşfetti ki, incelediği pré-Brötzinger kompleksi nöronları, doğrudan locus coeruleus’a bağlılar ve bu nedenle hayvanın uyarma ve uyanma düzeyini etkileyebilirler. O halde pré-Bötzinger kompleksi, soluk alıp verme ritmini artırmaya ve davranışları kışkırtma yeteneğine sahipti. Buna karşılık, bu nöronların bazılarını devre dışı bırakmak, yavaş bir nefes ritmi ve sakin bir tutum, daha fazla tercih edilen ileri derecede bilişsel fonksiyon olarak görülebilirdi.

Şüphesiz bu çalışma, nefes alma ve bilişsel aktivite arasındaki etkileşimle ilgili araştırmalar arasında en derine inen. Farelerden bahsediyor, ancak burada bahsettiğimiz sistem, canlı türlerinin evrimlerinde en iyi korunan yapılardan biri. O halde, bu yapının insanda da benzer bir işleve sahip olduğunu kabul edebiliriz. Ve belki de araştırmada en şaşırtıcı olan, pré-Bötzinger kompleksi fonksiyonuna sahip nöronların sayısı: Yaklaşık 175, orta ölçekte bir ilkokulun nüfusu kadar. İnsan beyninin 85 milyar nöronu ile kıyaslandığında çok küçük bir rakam.

Bugün modern optogenetik (beyin hücrelerini ışık ile kontrol eden) tekniklerin basit bir ışık demeti yardımıyla, nöron demetlerini seçerek etkinleştirmeye ya da devre dışı bırakmaya izin verdiğini bilmek (bu nöronların aynı yerde bulunması ve aşırı sayıda olmaması şartıyla) bizi düşünmeye sevk ediyor.

O halde, masanın altındaki bir düğme yardımıyla uzaktan kontrol edilebilen bir ışık demeti hayal edebilir miyiz? Hem de her öğrenciye “küçük” bir cerrahî müdahalede bulunarak ve optogenetik tekniği uygulayarak onları ışığa duyarlı hale getirecek bir virüs enjekte ederek… Elbette hayır, bu korkunç şeyi kim hayal edebilir?

Masanın altında gizli bir düğme yok. Ama herhalde hiçbir şey, öğrencilere biraz daha sakin olmaları ve iyi düşünebilmeleri için zaman zaman şöyle demeyi engelleyemez: Şimdiii… nefes alıyoruuuuz… Veee… yavaşça nefes veriyoruuuuz…

Jean-Philippe Lachaux - Lyon Nörobilim Araştırmaları Merkezi Direktörü

Cerveau et Psycho dergisi Eylül 2019 sayısından çeviren: Perihan Özcan