Rice Üniversitesi’nden araştırmacılar tarafından yapılan yeni bir araştırmaya göre, bir kişinin beyninin “kablolu” olma biçimi doğrudan basit ve karmaşık görevleri ne kadar iyi yerine getirdiğini etkiliyor.
Beyin, konuşma, ezberleme ve duygu ifade etme gibi farklı görevler için farklı işlevleri destekleyen farklı alt ağlar veya “modüller” halinde düzenlenir. Araştırmacılar, yüksek veya alçak beyin modülaritesinin – modüllerin birbirleriyle ne derece iletişim kurdukları – basit ve karmaşık görevlerin performansını nasıl etkilediğini inceledi.
Rice’in Sosyal Bilimler Okulu’ndaki bir psikoloji profesörü ve çalışmanın yazarlarından biri olan Simon Fischer-Baum, “Beyninizi bir üniversite gibi düşünün,” diyor. “Bireyler kendilerini yurtlar ve spor takımları gibi yoğun olarak birbirine bağlı topluluklar halinde örgütlüyorlar, ancak bu gruplardaki bireylerin bu grupların dışındaki insanlarla bağlantıları olsa da. Beyinler de aynı şekilde: Beyin bölgeleri, toplumdaki bölgeler arasında çok sayıda bağlantıya ve topluluğun dışındaki bölgelere daha az bağlantıya sahip topluluklar halinde organize edilir. Ancak insanların beyinleri farklıdır. Bazı insanlar katı cemaat yapısına sahip olmak ya da daha yüksek modülerliklere sahip olmak gibi daha iyi tanımlanmış beyinlere sahipken, diğer insanlarda bu kadar sıkı bir toplum yapısı olmayan beyinler var ya da daha düşük modülerlik var.”
Çalışma boyunca, modülerlik sıfırdan bir çiziye kadar ölçüldü. Sıfır, düşük modülerliği temsil etti – beyindeki her bölgenin diğer herhangi bir bölge ile iletişim kurma olasılıkları düşüktü. Biri yüksek modülerlik beyinlerini temsil etti; diğerleri üyeleri yalnızca birbirleriyle iletişim kuran beyin bölgeleri topluluklarına ayrılabildi.
Çalışmada, araştırmacılar, kan oksijen düzeyleri ile ilişkili değişiklikleri saptayarak beyin sinir aktivitesini ölçen bir süreç konusunda 18-26 yaş arasındaki 52 katılımcıyı (16 erkek, 36 kadın) bilgilendirdi. Her katılımcının sinirsel faaliyeti fMRI tarafından dinlenmekte iken 21 dakika boyunca incelendi. Sinirsel aktivite, tarama boyunca aynı anda iki alanda artmış ve azalmışsa, iki bölgenin birbirine bağlı olduğunun bir göstergesi olmuştur. Bu verileri kullanarak hangi beyin alanlarının birbirine bağlı olduğunu ölçmek için araştırmacılar, katılımcıların beyinlerinin, yalnızca birbirleriyle iletişim kuran beyin bölgeleri topluluğu olarak tanımlanabileceğini belirledi.
Ardından araştırmacılar katılımcılara, hafızalarını test ettikleri karmaşık görevler de dahil olmak üzere, bir dizi davranışsal görevler verdiler; ayrıca bir okun işaret ettiği yere dikkat çekildiklerinde işaret edilen basit aritmetiği ve basit görevleri yapıyorlardı.
Araştırmacılar, yüksek modülerlik beyinleri olan katılımcıların, düşük modülerlik beyinleri olan bireylerden daha basit görevleri yerine getirmekte başarılı olduklarını bulmuşlardır. Denemelerde oklara reaksiyon süresinin ölçülmesi, modülerliği yüksek (34 milisaniyelik avantajı) düşük modülerliğe sahip bireyler olarak yüksek modülerliğe sahip bireylerin yaklaşık iki kat başarıyla (hedefin nerede görüneceğini bilmek için 58 milisaniyelik bir reaksiyon süresi avantajı) gerçekleştirdikleri oklarla ölçülmüştür.
Bununla birlikte, düşük modülerlik beyinleri olan katılımcılar, yüksek modülerlik beyinleri olanlardan daha karmaşık görevlerde daha büyük başarıya sahiptiler. Örneğin, düşük modülerliğe sahip olanlar bellek görevindeki öğelerin yüzde 86’sını doğru olarak geri çağırırken, modülerliği yüksek olan kişiler yalnızca yüzde 76’sını doğru olarak geri çağırdı.
Fischer-Baum, bu etkinin yaşla birlikte işgören hafızadaki gerileme ile ilişkili olarak görülebileceğini ve yaşlanmanın bilişsel etkilerinin damgasını oluşturduğunu belirtti. Daha önceki araştırmalara dayanarak, yüksek eğitimli, sağlıklı genç erişkinlerin yüksek ve düşük modülerlik alt grupları arasındaki hafıza hatırlamasındaki bu fark, kabaca 20 yaşındaki ve 70 yaşlarındaki hafıza hatırlama arasındaki farka eşdeğerdir.
John W. Cox Biyokimyasal ve Genetik Mühendisliği’nde ve Rice Üniversitesi’nde fizik ve astronomi profesörü olan çalışmanın ortak yazarı Michael Deem ile birlikte Elma Schneider ve Randi Martin, çalışmanın başlıca güçlü yanlarından birinin, basit ve karmaşık görevler ile yüksek ve düşük modülerlik arasındaki ilişkinin, önerilen biyolojinin çok genel bir teorisi tarafından öngörülmüş olduğunu söyledi. Bu teoriye göre, yüksek modüler sistemlerin genel olarak daha basit görevler üzerinde daha iyi performans göstermeleri gerekirken, düşük modüler sistemler genelde daha fazla zaman harcayan daha karmaşık görevlerde daha iyi performans göstermelidir. Bu çalışma biyolojinin bu genel ilkesinin bilişsel sinirbilimi için geçerli olduğunu göstermektedir.
Fischer-Baum ve çalışmanın diğer yazarları, araştırmanın beyni bir ağ olarak anlaşılması açısından önemli etkileri olduğunu söyledi.
Fischer-Baum, “Bilişsel işlevin beynin birbirine bağlı bölgelerinden kaynaklandığı düşüncesinde bilişsel sinirbilimi açısından artan bir odak var,” diyor. “Diğer gruplar, beyin ağı özellikleri ile performans arasındaki korelasyonları farklı görevlerde bulmuşken, çalışmamız bu ilişkilerin biyolojik sistemlerde daha modern bir modülerlik teorisi tarafından anlaşılabileceğini gösteren ilk araştırmadır.”
Bu çalışma “Brain Modularity Mediates the Relation Between Task Complexity and Performance” başlığı ile Cognitive Neuroscience’ın yakında yayımlanacak olan sayısında yer alacak.
Dergi Referansı: Qiuhai Yue et al. Brain Modularity Mediates the Relation between Task Complexity and Performance, Journal of Cognitive Neuroscience (2017). DOI: 10.1162/jocn_a_01142
Haber: Amy Mccaig
Çeviren: Bünyamin Tan