Belleğin Peşinde *

Zihin dünyamızı bir bütün kılan, belleğimizdir. Bizi biz yapan öğrendiklerimiz ve hatırladıklarımızdır. Beyin anıları nasıl yaratır? Nobel ödüllü bilimci Eric R. Kandel Beleğin Peşinde’de, zihin biliminin tarihi ile belleği anlama konusundaki merakın öyküsünü derinleştiriyor. Bilişsel psikolojiyi , sinirbilimi ve moleküler biyolojiyi bir araya getiren zihin bilimi, farklı ülkelerden bilmcilerin sordukları sorular ve attıkları adımlarla şekillenmiş yeni ve güçlü  bir bilim dalı.

Beleğin beyindeki nöçronların nasıl işlediğini ortaya koyarak zihin bilim alanında çığır açan Kandel, çalışmalarına ilham veren incelemelerinide anlatısına katarak, 20.yüzyılın zihin araştırmalarının geniş bir özetini sunuyor.

Kişisel Bellek ve Depolamanın Biyolojisi

Soykırım sonrası Yahudiliğin ana konularından biri “Ala Unutma” oldu; gelecek nesiller, Yahudi düşmanlığına , ırkçılığa, nefrete karşı ihtiyatlı olmaları için böyle tembihlenir; çünkü Nazilerin gaddarlıklarını bu zihniyetler mümkün kılmıştı.Bilimsel çalışmalarım, bu sloganın biyolojik temelini inceliyor; Hatırlamamızı sağlayan beyin süreçlerini araştırıyorum. ... ..

... ..1980’lerde beyin görüntüleme teknikleri, bilişsel sinirbilimiiçin adeta ddoping etkisi yarattı; bu teknoloji sayesinde beyin bilimcileri, insan beyninin içine girip, üst düzey zihinsel işlevlerle meşgul olan insanların beynindki farklı bölgelerin faaliyetlerini izleme hayallerini hayata geçirebilmişti: görsel imge algılamak, kafa yormak, istemli bir eyleme başlamak gibiişlevler. Beyin görüntğüleme, sinir sistemi faaaliyetlerinin belirtilerini ölçer: pozitron emisyon tomografisi (PET) beynin enerji tüketiminiçlçerken, fonksiyonel menyetik rezonanas görüntüleme tekniği (fMRI) beynin oksijen kullanmını yansıtır. 1080’lerin ilk yarısında bilişsel sinirbilim bünyesine moleküler biyolojiyi kattı; böylece düşünmek, hissetmek, örenmek, hatırlamak gibi zihinsel süreçleri incelememizi mümkün kılan yeni zihin bilimi doğdu: bilişsel yetilerin moleküler biyolojisi.

Viyana’da Geçen Çocukluk

... ..1938’de çok sayıda avukat, hâkimve hekim, Yahudi komşularını yağmalayarak yaşam çıtalarını yükseltmişti. Günümüzde pey çok Avusturyalının başarısı, altmış yıl önce çalınan paralara ve mülklere dayanır. ... ..

Öte yandan, ırkçı Yahudi düşmanlığının kökünün, Yhudilerin öteki ırklardan genetik bakımdan farklı bir ırk olduğu inancına dayandığı sanılıyor. Bu görüş, Tanrı’nın Katli Öğretisi’nden türemiştir; Roma Katolik Kilisesi, söz konusu öğretiyi uzun süre vaaz etmiştir. Yahudilerle ilgili çalışmalar yapan Katolik tarihçiisi Frederick Schweitzer’in ileri sürdüğü üzere, bu öğreti yüzünden, İsa Mesih’i Yahudilerin öldürdüğü inancı doğmuştur. Katolik Klisesi ise, yakın geçmişe kadar bu görüşü yalanalamamıştı. Schweitzer’e göre bu öğreti, Tanrı’yı katleden Yahudi failler insanlıktan yoksun öyle bir ırktr ki genetik bakımdan farklı, bir nevi altinsan olmaları gerekir, der. Dolayısıyla bunları, hiç vicdan azabı duymadan öbür ırklardan uzaklaştırmak mümkündür. Irkçı Yahudi düşmanlığına, 1400’lerin İspanyl Engizisyonunda rastlıyoruz; 1870’lerde Avusturya’nın ( ve Almanya’nın) kimi aydınları da bu görüşü benimsemiştir. ... ...

... .. Yahudi meselesinin tek çözümü, Yahudileri kovmek ya da yok etmekti..

Amerikan Eğitimi

... ..bir zihin biliminin kurulması için gerekli bilgi birikiminin sistemli bir şekilde geliştirilmesini ne bilgiye dayalı iç gözlem ne de yaratıcı içgörüler sağlar. Bu bilimin kurulması içgörülerden fazlasnı gerektirir, deney yapılması şarttır. Dolayısıyla,i astronomide, fizikte, kimyada deneysel bilimin elde ettiği çarpıcı başarılar sayesindedir ki, zihin araştırmacıları, davranışları incelemek içindeneysel yöntemler tasarlama yoluna girmiştir.

Bu rayış, insan davranışlarının, hayvan atalarımızın repertuvarında evrimleştiğini söyleyen Charles Darwin’in görüşüyle başladı. Bu görüş, insan davranışlarını incelemek için deney hayvanlarının kullanılabileceği görüşüyle başladı. Rus fizyolog İvan Pavlov ve Amerikalı psikolog Edward Thorndike, önce Aristotales’in açıkladığı, sonra John Locke’un geliştirdiği, çeşitli fikirleri bağdaştırarak öğrendiğimizi söyleyen felsefe kavramının bir uzantısını hayvanlarda sınadılar. Pavlov, klasik koşullanmayı keşfetmiştir; bu öğrenme biçiminde hayvana iki uyarıcıyı bağdaştırması öğteretilir. Thorndike, araçsal koşullanmayı keşfetmiştir; bu öğrenme biçiminde hayvana bir davranış tepkisini, o tepkinin sonuçlarıyla bağdaştırması öğretilir. Bu iki öğrenme süreci, sadece basit hayvanlarda değil, insanlarda da öğrenmenin ve belleğin bilimsel bir şekilde  araştırılmasının altyapısını kurdu. Fikirlerin bağdaştırılmasından bahseden Aristotales ve Locke düşüncesinin yerini, iki uyarıcının ya da bir uyarıcı ile bir tepkinin gerçekleştiğini gösteren deneysel olgular almıştı. ... ..

... ..

Thorndike’ın ve Pavlov’un keşiflerinin psikoloji üzerindeki etkisi muazzam oldu; bu keşifler ilk deneysel öğrenme ekolü olan davranışçılığı doğurdu. Davranışçılık, davranışların, doğal bilimler benzeri somut yaklaşımlarla incelenebileceğini savunuyordu. ... ..

... ..

Psikanaliz, sadece güdünün ve biliçdışı ile ilgili belleğin usçu ve mantık dışı özelliklerini değil, aynı zamanda bilişsel gelişimin, yani algı ve düşünce gelişiminin düzenli doğasını da ele alan üsütün bir görüş ortaya çıkarmıştı.

Hücrelere Tek Tek Bakmak

... ..

... .. Geriye dönüp bakıyorum ve hücreden meydana geldiğini düşününce, bilimcilerin, beyindeki hücreleri tek tek inceleyerek son elli yılda zihin etkinlikleri hakkında ne kadar çok şey öğrendiğini görmek bana olağanüstü geliyor.

... ..

Cajal, 1890’larda gözlemlerini toparladı ve nöron öğretisini meydana getiren dört ilkeyi  biçimlendirdi... ..

İlk ilke, nöronun beyinde temel yapısal ve işlevsel unsur olduğunu söyler. Yani, beynin hem temel yapıtaşıdır hem de asıl sinyal birimidir. Dahası Cajal, bu sinyalleşme sürecinde aksonların ve dendritlerin oldukça farklı roller oynadığı çıkarımını yapmıştı. Nöron, başka sinir hücrelerinden sinyal almak için dendritlerini, başka hücerlere sinyal göndermek için kullanır.

İkincisi Cajal, nöron aksonlarında terminallerin, başka nöronların dendritleriyle ancak bu iş için uzmanlaşmış bölgelerde iletişim kurduğu çıkarımını yapmıştı; Sherrington bu bölgeleri sinaps diye adlandıracaktı. ... ..

Üçüncüsü, Cajal bağlanma özgüllüğü ilkesini çıkarsamştı; bu ilke, bağlantı kurarken nöronların ayrım güttüğünü söyler: ... ..

... .. dördüncü ilkesi olan dinamik kutuplaşma ilkesine ulaştı. Bu ilkeye göre, bir sinir devresindeki sinyaller ancak tek doğrultuda ilerler. Bilgi, hücrenin dentrilerinden hücre gövdesine geçer, akson boyunca ilerleyipsnaps önü terminellereulaşır, sonra sinaps yarığını aşıp sıradakihücrenin dentrilerine varır ve bu şekilde devam eder. ...

Sinir Hücresi Dile Geliyor

... bu sinyal iletişimi neye benziyor ve bilgiyi nasıl şifreliyor? Biyolojik bir doku, nasıl elektrik sinyali üretebilir? Özellikle sinyal akımını ne taşıyor?

... .. Dolayısıyla, görsel bilgi işitsel bilgiden farklıdır, zira farklı patikaları harekete geçirir. ... ..

Metal iletkenlerin aksine bu sıvı, akımı taşıyacak serbest elektronlar içermez; bunu yerine, iyon bakımından zengindir, yani sodyum, potasyum ve klorit gibi elektirk yüklü atomlar bu sıvıda bol bol mevcuttur. ... ..

... ..Hodgking ile Huxley, ilk büyük içgörülerine 1939’da ulaştılar.; mürekkep balığının dev aksonunda aksiyon potansiyelinin nasıl üretildiğini incelemek için İngiltere, Plymouth’taki deniz biyolojisi merkezine gitmişlerdi. Britanyalı sinir anatomicisi J. Z. Young, denizin en hızlı yüzücülerinden  mürekkep balığının, çapı en az bir milimetreolan devasa aksonunu keşfetmişti; bu aksonun eni, insan bedenindeki çoğu aksonun eninden bin kat geniştir. Neredeyse ince bir spagetti çubuğu kadar kalındır ve çıplak gözle görülebilir. Karşılaştırmalı biyoloji uzmanı olan Young, hayvanların, kendi çevre şartlarındahayatta kalmalarını sağlayacak uzmanlaşmış yapılar evrimleştirdiğini biliyordu ve mürekkep balığının, kendisine yırtıcılardan hızla kaçma imkânı tanıyan uzmanlaşmış aksonunun , biyologlar için birv talih kuşu olabileceğini fark etmişti.

Hodking ve Huxley, mürekkep balığının  dev aksonu sayesinde, sinir sistemi bilimcilerinin rüyası olan, hücrenin hem dışından hem de içinden aksiyon potansiyeli kaydetme işini başarıp aksiyon potansiyelinin nasıl yaratıldığını açıklığa kavuşturabileceklerini sezmekte gecikmediler. Bu akson çok büyük olduğu için, elektrotlardan birini hücre plazması içine tutturup, öteki elektrotu dışarıda bırakabilirlerdi. Yaptıkları kayıtlar sayesinde, Bernstein  durağan zar potansiyelinin -70 milivolt olduğu ve bu potasiyelin, potasyumiyon kanallarından geçmesiyle oluştuğu çıkarımını doğruladılar. Ancak, aksiyon potansiyeli üretmek için, aksonu elektrikle tetiklediklerinde, aksiyon potansiyeelinin genişliğini Bernstein’ın 70 miilivolt tahmininin aksine 110 milivolt olduğunu hayretle gördüler. Aksiyon potansiyel, hücre zarının elektrik potansiyelin, durağan haldeki -70 milivolttan, tepe noktasına +40 milivolta yükseltmişti, Şaşkınlık uyandıran bu farkın, muazzam bir manası vardı.  Aksiyon potansiyeli, tüm iyonlar için hücre zarının geçirgenliğinde genel bir bozulmayı temsil eder diyen Bernstein  hipotezi yanlış olmalıydı. Bunu yerine hücre zarı, aksiyon potansiyeli sırasında hâlâ seçici bir geçirgenliğe sahip olmalı, bazı iyonları geçirirkenbazılarını bırakmamalıydı.

Bu, sıradışı bir içgörüydü.  Aksiyon potansiyeli; duyular, düşünceler, duygular ve bellek hakkında beynin bir bölgesinden başka bölgesine bilgi aktarmanın kilit sinyali olduğu için , aksiyon potansiyelinin  nasıl üretildiği meselesi, tüm beyin bilimindeki en ivedi soru haline helmişti. Hodgkin ve Huxley bu mesele hakkında derin derin düşündüler, fakat fikirlerini sınayamadan araya İkinci Dünya Savaşı girdi ve ikisi de askere çağrıldılar.

Bu iki adam, 1945’e dek aksiyon potansiyeli araştırmalarına geri dönemedi. University Collage London’dan Bernard Kaltz’la kısa süreliğine çalışan Hodgkin (o esnada evlilik hazırlıklarıyla meşguldü) , aksiyon  potansiyelinin yükselip nihai tepe noktasına ulaşmasının , hücre dışı sıvıdaki sodyum miktarına bağlı olduğunu keşfetti. Aksiyon potansiyelinin düşüşü ise, potasyum derişiminden etkileniyordu. Bu buluş, hücredeki kimi iyon kanallarının sodyum geçirgenliğine sahip olduğunu, bu kanalın sadece aksiyon potansiyelinin yükselmesiyle açıldığını, oysa sırf aksiyon potansiyeli düşerken başka aksiyon kanallarının da olduğunu gösteriyordu.

Bu fikri dolambaçsız bir şekilde sınamak için Hodgkin, Huxley ve Katz, mürekkep balığının dev aksonuna voltaj kıskacı tekniğini uyguladılar; bu teknik hücre zarındaki iyon akımlarını ölçmek için yeni geliştirilmişti. Yine Bernstein’ın bir buluşunu doğruladılar. Durağan zar potansiyelinin , hücre zarının iki tarafında potasyum iyonlarının eşitsiz dağılımıyla oluştuğunu gösterdiler. Dahası, eski buluşlarını d doğruladılar.; hücre zarı yeterli oranda harekete geçirildiğinde, sodyum iyonlarının hücre içine saniyenin binde biri kadar sürede girdiğin, hücre içi voltajı -70 milivolttan +40 milivolta çıkardığını ve aksiyon  potansiyeli doğurduğunu görmüşlerdi. İçeriye giren sodyum miktarının artışının heme ardından dışarıya çıkan potasyum miktarı muazzam yükseliyordu; böylece aksiyon potansiyeli düşer ve hücre içi voltaj başlangıç değerine döner.

Hücre zarı, sodyum ve potasyum iyonları için geçirgenliğindeki değişiklikleri nasıl düzenliyor? Hodking ve Huxle, daha önce hayal bile edilememişbir iyon kanalı türünün var olduğunu ileri sürdüler; açılır kapanır menteşeli “kapıları”1 ya da “geçitleri” olan kanallar. Aksiyon potansiyeli akson boyunca ilerlerken, sodyum ve potasyum kanalları kapılarının birbiri ardına hızlıca açılıp kapandığını söylediler. Aynı zamanda Hodgkin  ve Huxley, kapıların açılıp kapanması çok hızlı gerçekleştiği için, bu kapı düzeneğinin, hücre zarı üzerindeki voltaj farkıyla düzenlenmesi gerektiğini de fark etmişlerdi. Dolayısıyla bu sodyum ve potasyum kanallarını “voltaj kaplı kanallar” diye nitelediler.Bunun aksine, Berndtein’ın keşfettiği, durağan zar potansiyelinden sorumlu olan potasyum kanallarını, “kapısız potasyum kanalları” diye nitelediler; çünkü bunların kapısı yoktur ve hücre zarı üzerindeki vltajdan etkilenmezler.

Sinir hücresi durağan haldeyken, voltaj kapılı kanallar kapalıdır. Bu uyarıcı hücrenin durağan zaer potansiyelini yeterince düşürdüğü zaman, diyelim k,-70 milivolttan -55 milivolta çektiğinde, voltaj kapılı sodyum kanalları açılır ve sodyum iyonları hücrenin içinde hücum eder; böylece artı yükte kısa bir artış gerçekleşir ve zar potansiyeli -70 milivolttan +40 milivolta çıkar. Zar potansiyelindeki aynı değişikliğe tepki olarak, sodyum kanalları az sonra kapanır ve voltaj kapılı potasyum kanalları kısa süreliğine açılır; böylece artı yüklü potasyum iyonlarının hücre dışına akışı kuvvetlenir ve hücre çabucak durağan haldeki -70 milivolta döner.

Her aksiyon potansiyeli nihayetinde, hücrenin ideal şartlarına kıyasla hücre içinde daha fazla sodyum, dışında ise daha fazla potasyum birikmesine yol açar.. Hodgkin, bu dengesizliğin bir protein tarafından giderildiğini buldu. ... ..

... ..

Hodgkin ve Huxley, günümüzde iyon hipotezi olarak bilinen çalışmalarından ötürü 1963 yılında Fizyoloji-Tıp Nobel ödülüğnü paylaştılar. Daha sonra Hodgkin aslında ödülü mürekkep balığına vermek gerektiğini; çünkü dev aksonu sayesinde  bu deneyleri mümkün kıldığını söyledi. ... ..

Beyin bilimi alanında moleküler biyoloji teknikleri uygulandığında, voltaj kapılı sodyum ve potasyum kanallarının aslında protein olduğu gün ışığına çıktı. Bu proteinler hücre zarını  enlemesine kaplar, sıvı dolu bir geçit, yani bir iyon gözeneği içeririler ve iyonlar buradan geçer. İyon kanalları, salt nöronlarda değil, bedenin her hücresinde mevcuttur. ... ..

... .. Sinir hücrelerinin, tüm hücreler için ortak olan fizik ilkeleri bağlamında anlaşılabileceğine dair son kanıtı sunmuştur. En önemlisi, iyon hipotezi, sinir hücresi sinyal mekanizmalarının, molekül düzeyinde araştırılması için sahneyi hazır hale getirmiştir.... ..

2003 yılında, iyon hipotezininortaya konulmasından elli bir sene sonra, Rockefeller Üniversitesi’nden Roderick MacKinnon, iki iyon kanalının, yani kapısız potasyum kanalının proteinlerini meydana getiren  atomların ilk üç boyutlu resmini elde ettiği için Nobel Ödülü’ne layık görüldü. MacKinnon’unbu iki proteine dair son derece özgün yapısal çözümlemesiyle açıpğa çıkarılan özellikleri Hodgkin ve Huxley tarafından inanlımaz bir ileri görüşlülükle tahmin edilmişti. ... ..

... .. iyon kanalı proteinlerini şifreleyen genlerdeki utasyonlarınhastalıklara yol açması hiç şaşırtıcı değil. 1990’da insanlardaki genetik hastalıklardan sorumlu olan molekül kusurlarını nispeten kolaylıkla belirlemek mümkün oldu. Kısa süre içinde, kas ve beyin dokularında görülen nörolojik hastalıkların zeminini oluşturan kimi iyon kanalı kuruları peşi sıra teşhis edildi. ... ..

Sinir Hücrelerinin Sohbeti

Harry Grundfest’in labaratuvarına 1955’te girdim; nöronların birbirleriyle nasıl iletişim kurduğu konusundaki biyik ihtilaf sona ermişti. Hodking ile Huxley’in çığır açan çalışmaları, nöronlar içinde elektrik sinyallerinin nasıl yaratıldığıyla ilgili uzun soluklu gizemi çözmüştü; fakat nöronlar arasında sinyalleşme nasıl gerçekleşiyordu? Bir nöron’un, ardındaki nöronla “konuşması” için, sinapsın öte tarafına, hücreler arasındaki boşluğu aşacak bir sinyal göndermesi gerekiyordu. Bu, nasıl bir sinyal olabilirdi?

1950’lerin ilk yarısında fikirleri çürütülene kadar, Grundfest ve önde gelen kimi sinir fizyologları, ikihücre arasındaki boşluğu aşan sinyalin  elektriksel olduğuna, sinaps önü nöronda üretilmiş elektrik akımının sinaps arkası nörona geçmesiyle bu sinyalin ortaya çıktığına yürekten inanıyorlardı. 1920’lerin ikinci yarısından itibaren, belirli sinir hücreleri arasındaki sinyalin, doğası bakımından kimyasal olabileceğine yönelik bulgular gelmeye başlamıştı. ... ..

... ..

Popper anlatılanlardan adeta büyülenmiş; fakat Eccles’a umutsuzluğa kapılmak içim  bir sebep olmadığı yönünde güven vermiş. Bilakis, neşelenmesi gerektiği  konusunda ısrarcıymış. Kimse Eccles’ın araştırma bulgularına karşı çıkmıyormuş ki, karşı çıktıkları şey onu  kuramı, araştırma bulgularına getirdiği yorummuş. Eccles’ın nitelikli bilim yaptığını söylemiş. Ancak muhalif varsayımlar çarpıştığında gerçekler açığa çıkar ve gerçeklere dair yorumlar odak noktasına oturtulur; odaklanılan fikirler çarpıştığında gerçekler açığa çıkar ve gerçeklere dairrakip yorumlar odak noktasına oturtulu; odaklanılan fikirler çarpıştığında ise, bunlardan birinin yanlış olduğu anlaşılır, demiş. Popper, bir yorumun yanlış tarafında olmanın önemli olmadığınıeklemiş: Bir bilimsel yönetimin en büyük gücü, bir vasayımı çürütme  yetisidir. Bilim, sonsuz ve gitgide incelik kazanan bir varsayım ve çürütülme döngüsüyle ilerler.Bir bilimci, doğa hakkında yeni bir fikir ileri sğrer ve bi başkası, bu görüşü destekleyen ya daçürüten gözlemler bulmak için çalışır. ... ..

... ..

Beynin işleyişinin , yani sadece algılamanın değil, düşünmenin, öğrenmenin ve bilgi depolamanın, elektirksel sinyaller kadar kimyasal sinyallerle de gerçekleştirildiğinin anlaşılması

Elektriksel sinyalden kimyasal sinyale geçiş ve geriye dönş. BernardKatz aksiyon potansiyeli sinaps önü teminale girdiği zaman, kalsiyum kanalllarının açılmasını sağladığını ve kalsiyumiyonlarının hücre içine hızla dolduğunu keşfetmişti. Bu da sinaps yarığına nörotransmitter salgılanmasına yol açar. Nörotranmitler,  sinaps arkası hücrenin yüzeyindeki reseptörlere bağlanır ve kimyasal sinyaller, yine elektirksek sinyallere çevrilir.

anotomicilerden elektro fizyologlara, biyokimyacılara varana kadar bilimciler için beyin biliminin cazibeini artırdı. Buna ilaveten, biyokimya, biyolojinin evrensel dili olduğu için , sinaps iletimi, biyoloji camiasının dikkatini çekti; benim gibi davranış ve zihin araştırmacılarından behsetmeye gerek bile yok.

Bütün dünyada İngiltere’nin, Avustralya’nın Yeni Zelenda’nın ve Amerika Birleşik Devletleri’nin kapılarını Avusturya’dan ve Almanya ‘dan kovulan Loewi, Feldberg, Kuffler ve Katz gibi olağanüstü akademisyenlere açması, beyin bilimi için çok talihli olmuştur. Sigmund Freud hakkında anlatılan bir öyküyü anımsıyorum: İngiltere’ye geldiğinde, Londra’nın dış mahallerinde yaşayacağı güzel evi ona göstermişler. Göçe mecbur kalıp karşılaştığı huzuru ve medeniyeti görünce, tipik Viyanalı alaycılığıyla şu sözleri fısıldamış: “Heil Hitler!”

 ... ..

Basit ve Karmaşık Sinir Hücresi Sistemleri

Farklı Bellek Türleri, Farklı Beyin Bölgeleri

Bellek Araştırmaları İçin İdeal Bir Sistem Aramak

Öğrenme Ediminin Sinirsel Analoglar

Sinaps Bağlantılarını Güçlendirmek

Sinir Biyolojisi ve Davranış Merkezi

Basit Bir Davranış Bile Öğrenmeyle Değişebilir

Sinapslar Deneyimle Değişir

Bireyliğin Biyolojik Temeli

Moleküller ve Kısa Süreli Bellek

Uzun Süreli Bellek

Bellek Genleri

Genler ve Sinapslar Arasındaki Diyalog

*Belleğin Peşinde yeni bir zihin biliminin doğuşu & Eric R. Kandel