Araştırmacılar kokuya uyumun nasıl oluştuğunu açıklıyor. Tanıdık kokular, zayıf ama önemli yeni kokular lehine göz ardı edilebilir mi?
Farklı çiçek kokularının olduğu bahçede bir köpeğin oynadığını ve uzakta tilki gibi bir avcının ortaya çıktığını hayal edin. Cold Spring Harbor Laboratuvarından Doçent Saket Navlakha, köpeğin burnuna gelen ham girdinin, % 90’ının çiçekten ve sadece % 10 gibi küçük bir kısmının tilki gibi bir yırtıcı hayvandan gelmekte olduğunu açıklıyor.
Burada cevabını aradığımız soru şu: “Köpek nasıl bu kadar kokunun içinde çiçek kokularını bastırıp yırtıcının kokusuna odaklanıyor ve buna göre tepki veriyor?” Köpeklerin karmaşık beyinleri var, bu yüzden Cold Spring Harbor Laboratuvarı (CSHL) araştırmacıları bunu anlamak için meyve sineklerini incelediler.
Basit sinek beyni, daha yeni ama daha nadir görülen kokulara odaklanmak için yaygın kokuları görmezden gelmeyi nasıl öğrenir? Bu bulgular köpekler veya insanlar için uyarlanabilir mi? Dahası yapay zekâyla geliştirilen makineleri eğitmek için kullanılabilir mi?
Doktora sonrası araştırmacı Yang Shen ve Navlakha, 11 Mayıs 2020’de, Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) dergisinde, kokuya uyum olarak adlandırılan bu şaşırtıcı derecede karmaşık nöral görevin sinek beyninde nasıl gerçekleştiğini ve bilgisayar koduna çevrilebileceğini anlatıyor.
Shen’e göre, meyve sinekleri genellikle küçük beyinlerinin birçok olağan kokuyu ve potansiyel olarak daha önemli bir şeyi ayırt etmesi gereken durumlarda bulunuyorlar. Navlakha, bir meyve sineğinin beyninde yaklaşık 100.000 nöron olduğunu ve bu nöronların çoğunun bağlanabilirliğinin haritalandığını ekledi.
Bu yöntem, “beynin uyum problemini çözmek için kullandığı mekanizmaların ne olduğunu algoritmik bir perspektiften anlamamıza izin veriyor ”dedi ve yöntemin projenin başlangıç noktası haline geldiğini de belirtti.
Araştırmacılar kokuya uyumun önemli bir sinyal filtreleme sürecinden kaynaklandığını tespit ettiler. Bir sinek bir koku tespit ettiğinde, “Kenyon hücreleri” olarak adlandırılan birkaç seçkin nöron buna yanıt verir. Bu yanıt veren nöronlardaki ateşlenme deseni, koku için “etiket” olarak adlandırılan şeyi oluşturur. Bir koku sürekli olarak mevcutsa ve acil bilgi içermiyorsa, kokunun etiketini oluşturan nöronlar zamanla aktivitelerini azaltmaya başlayacaktır. Bu, arka planda var olan kokuya karşı beynin alışmasıdır. Bir organizmada daha az aktif nöron içeren bir koku etiketinin, birçok nöron aktivitesine sahip bir kokuya kıyasla bir tepki ortaya çıkarma olasılığı daha düşüktür. Sonuç olarak, her zaman var olan kokular zayıf ama önemli yeni bir koku lehine göz ardı edilebilir.
Bir sinek beyni, tekrarlanan kokulara verilen yanıtları bastırır, ancak koku sinek için daha nadir veya daha önemli hale gelirse, işlem tersine çevrilebilir.
Shen, süreci sayısal olarak ifade edip sinyallerin beyinde nasıl işlendiğine dair tüm süreci daha iyi anlayabileceklerini söyledi.
Navlakha, hesaplama araştırmaları ve sinirbilim arasında köprü olma görevini üstlendi. Araştırmanın amaçlarından birinin beyni temel bilgi işleme sorunlarını çözmek için geliştirilmiş bir tür algoritma kütüphanesi olarak anlamaya çalışmak olduğunu söyledi. Bu kokuya uyum süreci, örneğin çok fazla veri akışına sahip olduğunuz ve gereksiz verileri filtrelemek istediğiniz robotik uygulamalarda yaygın olarak kullanılmayan bir şeydir.
Amaçlarının sinirbilimden gelen bu algoritmanın başkalarının geliştirdiği şeylerden daha iyi olduğunu söylemek olmadığını belirten Navlakha, biyolojinin bu sorunu nasıl çözdüğünü ve kokuları ayırt etme alışkanlığının algılama yeteneğimizi nasıl etkilediğini anlamak için bir fırsat olduğunu ekledi.
Çeviri: Ayşe Nur Balli
Kaynak: Neuroscience News