Beyin, duyularımız tarafından toplanan bilgileri kodlar. Çevreyi algılamak ve etkileşimde bulunmak için ise; bu duyusal sinyallerin beyinde depolanan geçmiş deneyimler ve bireyin mevcut amaçları bağlamında yorumlanması gerekir. Freiburg Üniversitesi Tıp Fakültesi Profesörü ve Frankfurt’daki Max Planck Beyin Araştırmaları Enstitüsü Araştırma Grubu Lideri Prof. Dr. Johannes Letzkus liderliğindeki bir ekip, bu deneyime bağlı yukarıdan aşağıya bilginin temel bir kaynağını belirledi.
Neokorteks; insan beyninin en büyük ve en güçlü alanıdır. Tüm önemli bilişsel işlevleri, iki farklı bilgi akışının yakınsamasıyla mümkün kılınmıştır. (Çevreden gelen sinyalleri temsil eden bir “aşağıdan yukarıya” akış ve geçmiş hakkında dahili olarak üretilen bilgileri ileten “yukarıdan aşağıya” akış deneyimler ve güncel amaçlar…) Letzkus, dahili olarak üretilen bu bilginin tam olarak nasıl ve nerede işlendiği sorusunun hala büyük ölçüde keşfedilmediğini söylüyor. Cevap bulunamayan bu soru da, kendisini ve ekibini yukarıdan aşağı sinyallerin kaynaklarını aramaya yönlendirdi. Bilim insanları, bu tür içsel bilgiler için anahtar aday bölge olarak ön beynin derinliklerine gömülü bir beyin bölgesi olan talamus bölgesini tanımlamayı başardılar.
Buna dayanarak, Letzkus Laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı olan Dr. M. Belén Pardi, bir öğrenme paradigmasından önce ve sonra farenin neokorteksindeki bireysel talamik sinapsların tepkilerini ölçmek için bir strateji geliştirdi.
Dr. Pardi: “İlgisiz nötr uyaranlar; bu yoldaki küçük ve geçici tepkilerle kodlanırken, öğrenme etkinliklerini güçlü bir şekilde artırdı ve sinyalleri zaman içinde hem daha hızlı hem de daha sürdürülebilir hale getirdi.”
Dr. Letzkus: “Kazanılan hafızanın gücünü talamik aktivitedeki değişimle karşılaştırdığımızda gerçekten ikna olduk: Bu, talamustan gelen girdilerin, uyaranların öğrenilen davranışsal uygunluğunu belirgin bir şekilde kodladığını gösteren güçlü bir pozitif korelasyon ortaya çıkardı.”
Berlin Teknik Üniversitesi’nden Dr. Henning Sprekeler ekibi ile birlikte yürütülen diğer deneylerde ve bilgisayar modellemesinde; bu bilgiyi hassas bir şekilde düzenleyebilen daha önce bilinmeyen bir mekanizma keşfettiler ve en dış katmanında (yukarıdan aşağıya sinyallerin akışını dinamik olarak kontrol eden neokorteks) özel bir nöron türü belirlediler. Bu da, bilim insanlarının, talamusun duyusal neokortekse projeksiyonlarının, duyusal uyaranlarla ilişkili önceki deneyimler hakkında önemli bir bilgi kaynağı olarak hareket ettiği varsayımını doğrular.
Dr. Letzkus: “Bu tür yukarıdan aşağıya sinyaller; otizm ve şizofreni gibi bir dizi beyin hastalığında bozuluyor. Umudumuz, mevcut sonuçların; bu ağır koşulların altında yatan uyumsuz değişikliklerin daha derin bir şekilde anlaşılmasına da olanak vermesidir.”