ÖĞrenmek nediR, neden öĞreniyoruz, nasil öĞreniyoruz

SİNAPTİK BAĞLANTILAR NEYİ- NASIL TEMSİL EDERLER

Önce şu gerçeğin altını bir kere daha çizelim: Beyindeki bütün sinapslar, yani nöronlar arasındaki bağlantılar-nöronal devreler, son tahlilde, organizmanın çevreyle ilişkilerini-etkileşmesini anlatırlar-temsil ederler⁵⁰. A ve B gibi iki nörondan oluşan herhangi bir nöronal devre, dış dünyadan alınan bir informasyonun organizma tarafından (şu ya da bu düzeyde) işlenilmesi süreci içinde yer alır. Bu demektir ki, söz konusu informasyon (i) daha önce gelmiş, organizma onunla etkileşmiş, onu işlemiş, onun kendisi için ne anlama geldiğini tesbit etmiş ve sonra da ona karşı bir reaksiyon göstererek (bu reaksiyonu da (r) ile gösterelim) onunla hesaplaşmıştır. Ama bununla da yetinilmemiş, ilerde aynı informasyonun tekrar gelebileceği de hesaba katılarak, bütün bu işlem-süreç A ve B nöronları arasındaki sinaptik ilişkiyle, bu ilişkiye yapısal bir özellik kazandırılarak kayıt altına alınmıştır. Bu nedenle, nöronlar arasında genetik mekanizma tarafından üretilen proteinlerin inşa ettiği bir yapı olan sinapsların giriş kapılarında şöyle yazar: Eğer (i) olarak içeriye girersen, (r) olarak çıkarsın! Sinapslar, organizmanın nesnelerle olan ilişkilerini kayıt altına alan, yaşam adı verilen hikâyenin belirli bir anında gerçekleşen bir “olayı” temsil eden nöronal yapılardır. Yani bir sinaps, sadece dışardan gelen bir informasyonu temsil etmekle kalmaz, o, aynı zamanda, bu informasyona karşı organizmanın cevabını-reaksiyonunu da temsil eder.

Bütün bunları bir örnek üzerinde açıklamaya çalışalım: Sinir sisteminde sadece altı nöron bulunan bir yaratık düşünüyoruz. Bu nöronların üç tanesi retinada bulunan ve çevreden gelen informasyonu alan presinaptik-girdi-input nöronları, diğer üç tanesi de (1,2,3) beyinde bulunan postsinaptik çıktı-output nöronları olsunlar (İsterseniz bu yaratığı zihnimizde yarattığımız bir kurbağa olarak da düşünebiliriz!)⁵¹ [15]

Şek.23
Kurbağa bir kelebekle, ya da bir sinekle karşılaştığı zaman retinada bulunan presinaptik input nöronlarının aktif olma durumunu (Aktivierungsmuster) şekilde görüyoruz. Örneğin, kurbağanın önünde bir kelebek bulunduğu zaman, üç input nöronundan en yukardaki ve en aşağıdaki aktif hale gelirlerken, ortadaki nöron hiçbir faaliyette bulunmuyor, pasif kalıyor. Aynı şekilde, sineğe karşı da sadece ortadaki nöron cevap vererek aktif hale gelirken, diğer iki nöron bu etkinliğe katılmıyorlar. Nöronların, belirli bir nesneden gelen informasyonu ala-rak aktif hale gelirken oluşturdukları bu “nöronal faaliyet örneklerini” (Aktivierungsmuster) şekilde her iki nesne için A ve B olarak gösteriyoruz. Bunun dışında, beyinde bulunan ve kurbağanın gösterebileceği üç farklı reaksiyon biçimini temsil eden nöronlara da 1,2,3 output-nöronları diyoruz. Her seferinde, input nöronlarının faaliyet örneklerine göre, bunlardan birisi aktif hale geldiği zaman, bu, söz konusu nesneye karşı kurbağanın göstereceği reaksiyonu temsil eder. Nitekim, bu nöronal reaksiyon örneği bir AP şeklinde adalelere iletildiği zaman, adaleler çeşitli kasılma hareketleriyle bunu (bu reaksiyon örneğini) gerçekleştirirler.

Örneğin, kurbağanın önüne bir kelebek çıktığı zaman, şekilde görüldüğü gibi bunu belirli bir faaliyet örneğiyle-“Aktivierungsmuster”le- temsil eden input nöronları, kurbağanın kelebeği yakalaması için gerekli olan sıçrama eylemini temsil eden output nöronunu aktif hale getirirler. Output nöronunda oluşan AP de, bu iş için gerekli adaleleri aktif hale getirerek kurbağanın sıçramasına ve kelebeğin yakalanmasına neden olur. Aynı şekilde, bir sinek söz konusu olduğu zaman da, gene, presinaptik input nöronlarının oluşturduğu faaliyet örneği sineğin yakalanması için gerekli reaksiyonu temsil eden postsinaptik nöronu aktif hale getirir, bu da kurbağanın dilini çıkararak sineği yakalamasına neden olur vb.
Soru 1:Her durumda, retinadaki input nöronlarının temsil ettikleri informasyon beyinde bulunan ve gerekli organizmal reaksiyonları temsil eden output nöronuyla nasıl ilişki kuruyor. Yani, presinaptik bir input nöronunun aksonundan beyne giden informasyon beyinde nereye gideceğini, hangi output nöronunun kendisine uygun AP ni oluşturacağını nereden biliyor, kısacası, hedef output nöronu nasıl bulunuyor?
İkinci soru da: İnput nöronlarının faaliyet raporları olarak AP leri şeklinde beyne giden infor-masyon burada output nöronlarını nasıl aktif hale getiriyor?

NÖRONAL DEVRELER PARALEL ÇALIŞIRLAR

Önce birinci sorudan başlayalım. Yukardaki örnekte, kelebeğe ilişkin informasyonu temsil eden presinaptik nöronlarla, organizmal reaksiyonu temsil eden postsinaptik nöron arasındaki sinaptik bağın daha önceden mevcut olması gerekir. Yani kurbağanın önüne bir kelebek çıktığı zaman sıçrayarak onu yakalayabilmesi için, bu olaya ilişkin bilginin daha önceden onun beyninde mevcut olması gerekir. Bu bilgi a) Kelebeğe ilişkin, onu tanıyan-temsil eden bir bilgidir. b) Kelebekle karşılaştığı zaman nasıl hareket edeceğine dair bir bilgidir. Bu nedenle, gelen informasyonun yaptığı, sadece, zaten varolan ve bu bilgileri temsil eden bir sinapsı aktif hale getirmekten ibaret oluyor.

Ama sorun şurada: Bu bilgiyi temsil eden sinaps (retinadaki presinaptik nöronlarla beyindeki postsinaptik nöron arasındaki) sürekli aktif halde bulunmadığı halde, presinaptik nöronlardan gelen impuls beyinde hangi postsinaptik nörona giderek oraya bağlanacağını nereden biliyor? Normal koşullarda beyinde milyarlarca nöronun bulunduğunu da düşünürsek, öğrenmek istediğimiz şey, input nöronlarından beyne giden informasyonun beyinde aradığı postsinaptik hedef nöronu nasıl bulduğudur. Eğer beyin bir bilgisayar gibi çalışsaydı, duyu organlarından beyne giden bir informasyon, aynen bir bilgisayarda olduğu gibi, seri çalışma yöntemiyle tek tek bütün nöronların kapısını çalarak aradığı nöronu bu şekilde bulmaya çalışacaktı. Bu durumda da tabi, bu iş çok zaman alacağı için, kurbağa bu işi yapana kadar kelebek çoktan kaçıp gitmiş olacaktı! Öyle olmadığına göre, yani önüne bir kelebek çıktığı zaman kurbağa anında-hiç vakit kaybetmeden- bir reaksiyon oluşturabildiğine göre, demek ki beynin bu iş için geliştirdiği daha başka bir yöntem var?
Bir informasyon işleme sistemi olarak beyin bir bilgisayar gibi seri olarak değil, paralel olarak çalışır. Bu demektir ki, dışardan alınan bir informasyonu beyne ileten input nöronları beyindeki output nöronlarına (nöronal devrelere ve ağlara) tek tek-sırayla, “seri olarak” bağlanmazlar; belirli bir bölgede bulunan nöronların hepsine birden-paralel olarak bağlanırlar. Örneğin, yukardaki örnekte üç input nöronunun her biri beyindeki her üç output nöronuna da bağlıdır ve bunların üçüne de aynı informasyonu (impuls şeklinde) iletirler. Bu nedenle, input nöronlarından gelen informasyon beyinde hangi output nöronunu aktif hale getireceğini aramak için ayrıca zaman kaybetmez. İnformasyon bütün nöronlara aynı anda geldiği için, bunlardan, gelen informasyona uygun reaksiyonu temsil eden output nöronu hemen aktif hale gelir ve devre tamamlanmış olur. Bu durumda, output nöronlarının bizim örnekte olduğu gibi üç tane değil de milyarlarca olması halinde bile zaman kaybı olmaz. İnformasyon anında bütün bu nöronlara iletilir ve bu informasyonu temsil eden sinaps-postsinaptik nöron anında bulunarak aktif hale getirilir. İşte beyindeki temsil olayının esası ve beyinin çalışma prensibi budur.