İnsan, bilinen canlı türleri arasında en gelişmiş beyne sahiptir. İşte hafıza ve öğrenme.
Konuşabilme özelliği bile tek başına insan beyninin ne kadar gelişmiş olduğunun kanıtıdır. Orantısal olarak vücudun küçük bir bölümünü kaplasa da, toplam enerjinin beşte biri beyin tarafından kullanılır. Hafızası en güçlü olan ve en fazla öğrenme yetisine sahip olan canlı insandır. Öğrenme ve hafıza konusunda ilk bilimsel deneyler 1885 yılında Hermann Ebbinghaus, birkaç yıl sonra da Ivan Pavlov ve Edgar Thorndike tarafından yapılmıştır.
Pierre Paul Broca adlı bir bilim insanı 1863 yılında, beynin belli bir bölgesindeki hücre kaybının konuşma işlevinin kaybına yol açtığını gösterdi. Şiddetli epilepsi (sara) nöbetleri geçiren bir hastada, tedavi amacıyla beynin orta bölgesindeki bir bölgenin çıkarılması, hafıza ve öğrenme konusunda yeni bir çığır açtı.
Beynin iç kısmındaki, hipokampus denilen bölgesi çıkartılan hastanın epilepsi nöbetleri geçti ve düşünme (entelektüel) yetisinde belirgin bir değişiklik gözlenmedi. Buna karşın hasta kahvaltıda ne yediğini dahi hatırlayamıyor, hastanede yolunu bulamıyordu. Uzun yıllardır tanıdığı doktorunu, geçmişte olan olayları hatırlıyor ancak yakın zamanda olanları kesinlikle hatırlamıyordu.
Ek olarak bu hasta, yeni şeyler öğrenemiyor ancak daha önce öğrendiklerini uygulamakta zorluk çekmiyordu. Bu tecrübe bilim insanlarına hafızanın merkezi ve türleri hakkında önemli ipuçları verdi. Hafıza, kısa süreli ve uzun süreli olmak üzere ikiye ayrılır. Kısa dönem hafıza, bilgilerin birkaç saniye ile birkaç dakika kadar bellekte tutulmasıdır.
Çalışma hafızası olarak da adlandırılan bu hafıza anlık işleri yapmak için kullanılır. Biraz sonra çevireceğimiz yeni bir telefon numarasını veya bir kere göreceğimiz bir kişinin ismini kısa bir süre aklımızda tutmak için bu hafızayı kullanırız. Kısa süreli hafızadaki bilgiler, onlara ihtiyacımız kalmadığında kaybolur, yani unutulur.
Uzun dönem hafizaysa, bilgilerin birkaç ay veya ömür boyu bellekte tutulmasına denir. Hafıza, açık hafıza (dekleratif) ve kapalı hafıza (dekleratif olmayan) olarak da sınıflandırılır. Kişiler, varlıklar ve olaylarla ilgili bildiklerimiz açık hafızada depolanır. Derste öğrenilen bilgilerin, eşyaların, isimlerin hatırlanması açık hafızanın görevidir.
Bu bilgileri istediğimizde bilinçli olarak bellekten çıkarıp kullanabiliriz. Kısaca, açık hafıza tamamen kontrolümüz altında olan bilgilerden oluşur. Açık hafıza da kendi içinde, anısal ve olgusal olmak üzere ikiye ayrılır. Anısal hafıza daha önce yaşanmış olayların hatırlanmasını sağlar.
Örneğin “geçen hafta buraya gelmiştim, gölde balık avlamıştım” gibi bilgiler anısal hafızanın içeriğidir. Olgusal hafızaysa “Türkiye’nin başkenti Ankara’dır, bir yıl 365 gündür” gibi olguların hatırlanmasından sorumludur. Kapalı hafıza bilinçli olarak geri çağırmadığımız ancak ihtiyaç üzerine otomatik olarak ortaya çıkan bilgileri kapsar. Araba kullanırken vites değiştirmek, evimizin yolunu bulmak gibi sürekli yaptığımız işlerde, kapalı hafıza devreye girer.
Bu bilgileri bellekten çekmek için düşünmeyiz, bunlar gerektiği zaman otomatik olarak bilinç düzeyine çıkar. Kapalı hafıza temel olarak alışkanlık (habituasyon), hassaslaşma (sensitizasyon) ve şartlanma şeklinde oluşur. Alışkanlık sürekli tekrar eden bir uyarana karşı canlının verdiği yanıtın giderek azalmasıdır. Bir köpeğe değişik bir ses dinletildiğinde ilk önce belirli bir tepki verir. Aynı ses, iyi veya kötü başka bir uyaranla birleştirilmeden sürekli dinletildiğinde, köpek artık bu sese tepki vermez. Beyin, bu sesin yararsız veya zararsız, kısaca anlamsız olduğunu öğrenmiştir.
Hassaslaşma ise bu mekanizmanın tam tersi yönde işler. Ani ve yüksek tonda bir sesle uyarılan ve korkan köpek, daha sonra daha düşük şiddette de olsa benzer bir ses duyduğunda korkar ve tepki verir. Yani köpek uyarana karşı daha duyarlı hale gelmiştir. “Sütten ağzı yanan yoğurdu üfleyerek yer” sözünün temelindeki mekanizma hassaslaşmadır. Şartlanma da öğrenmenin diğer bir yoludur ve ilk olarak Dr. Pavlov’un deneylerinde gösterilmiştir. Bu deneylerde Pavlov, et gördükleri her seferM köpeklerin tükürük salgısının arttığını gözlemlemişti. Bunu üzerine her seferinde, et vermeden kısa bir süre önce zil çalmıştır. Bir süre sonra et vermeden zil çalan Pavlov, köpeklerin tükürük salgısının zil sesinden sonra arttığını gözlemlemiştir. Bu temel mekanizmalarla oluşan kapalı hafıza, canlıları tehlikelerden koruyan, temel işlerini yapmasını ve hatta hayatta kalmasını sağlayan önemli bir güçtür.
Beynin Hafıza Bölgeleri Şiddetli epilepsi nöbetleri geçiren bir hastaya 1957 yılında yapılan bir ameliyatla beyninin iç-orta kısmındaki bir bölge çıkarıldı. Ameliyat sonrası hasta epilepsi nöbetleri geçirmedi, ancak yakın zamanda yaptıklarını, örneğin biraz önce ne yediğini hatırlayamıyordu.
Hasta, geçmişte öğrendiklerini, eski tanıdıklarını hatırlayabiliyor fakat yeni bir şey öğrenemiyordu. Dr. Scoville ve Dr. Milner’in bu gözlemi, beynin iç-orta kısmında yer alan hipokampus bölgesinin, yeni bilgilerin işlemden geçirilip kalıcı hafızaya aktarılmasında kilit rol oynadığını gösterdi. Konum hücrelerinin keşfi, hipokampusun hafızadaki yerini vurgulayan önemli bir başka buluş oldu. Hayvan hipokampusundaki bu hücreler, sadece hayvan tanıdık bir yere geldiğinde elektrokimyasal sinyal gönderir. Komşu hücrelerle birlikte çalışan bu bölge, hayvanların yollarını, barınaklarını ve gıda bulmalarını sağlar.
Daha sonraki yıllarda yapılan hayvan deneyleri ve çeşitli görüntüleme teknikleri (örneğin magnetik rezonans) sayesinde beynin öğrenme ve hafızadan sorumlu bölgeleri büyük ölçüde belirlendi. Beynin dış kabuğu tarafından algılanan bilgiler ilk olarak hipokampus komşuluğundaki bölümlere gönderilir. Beynin iç-orta kısmında bulunan bu bölgelerde meydana gelen hasarlarda kişinin nesne tanıma hafızasında kayıplar olur. Daha sonra buradaki bilgiler hipokampusa gönderilir. Sağ hipokampustaki hasar yön bulma hafızasına, sol hipokampustaki hasarsa kelimeler, nesneler ve insanlarla ilgili hafızaya zarar verir. Ancak her iki durumda da kısa süreli hafıza etkilenir, uzun süreli hafızaya zarar gelmez. Bu nedenle, hipokampusun uzun süreli hafızanın ilk basamaklarında görev aldığı düşünülmektedir.
Hipokampusta değerlendirilen bilgiler eğer uzun süreli hafızada saklanacaksa, beynin dış kabuğuna, yani kortekse gönderilir. Beynin dış kabuğunda ön tarafta yer alan düşünceden sorumlu bölgeyle, yan ve arka taraflarda bulunan işitme ve görme alanları hafızayla yakın ilişkili bölgelerdir.
Algılanan bilgiler bazı basamaklardan geçerek açık hafızaya atılır. İlk basamak olan kodlamada, değişik duyu organlarınca algılanan bilgiler beynin kullanabileceği bir şekle dönüştürülür. Beynin dış bölümlerinde (korteks) yapılan bu işlemden sonra pekiştirme denilen ikinci basamakta, bilgiler hipokampus ve etrafındaki bölgelerde uzun süreli saklanabilecek şekle dönüştürülür. Kalıcı şekle dönüştürülen bilgiler depolanmak ve gerektiğinde geri çağrılmak üzere sürekli saklanacakları kısımlara, yani kortekse gönderilir. Kapalı hafızanın saklandığı bölgeler biraz daha farklıdır. Örneğin korkunun öğrenilmesi beynin amigdala bölgesinde olur. Beyin sapı ve beyincik bölgelerinde meydana gelen hasarlar, göz kırpma refleksi gibi bazı şartlanmış hareketlerin yapılmasını engeller.
Duygusal hafızanın merkezi amigdaladır. Hipokampusun ön tarafında yer alan amigdala, duygusal uyaranlarla hafıza arasındaki bağlantıları sağlayarak kalıcı hafızanın güçlenmesine önemli katkıda bulunur. Duygusal uyaranlarla ilişkilendirilen bilgiler çok daha kalıcı olarak depolanır.
Öğrenme ve hafıza beynin sadece belirli bir bölgesiyle sınırlı değildir, hipokampus ve çevresindeki alanların beynin değişik bölgeleriyle etkileşmesine ve çok sayıda mekanizmanın çalışmasına bağlıdır. Hafıza ve Öğrenmenin Hücresel Mekanizmaları Sinir hücresi gövde, kuyruk ve sinir ucu olmak üzere üç temel bölümden oluşur.
Sinir hücreleri birbirleriyle sinaps denilen ve hücreler arası köprü vazifesi gören bağlantılar sayesinde haberleşir. Her sinir gövdesi, ortalama 1000 sinir hücresinden uzanan sinir uçlarıyla bağlantı halindedir. Hücre gövdesi uyarıldığında oluşan elektrokimyasal sinyaller, akson sayesinde sinir ucuna hızla iletilir. Elektrokimyasal sinyal sinir ucuna geldiğinde, buradaki mesajcı (nörotransmitör) moleküller sinir ucundan bağlantı boşluğuna yani sinaps aralığına salgılanır. Sinaps boşluğuna geçen moleküller diğer hücrenin uyarılmasına yol açar. Bu sayede bir hücrede oluşan sinyal adeta dalga şeklinde diğer hücrelere yayılır. Hücreler arasındaki sinyal iletim gücü ve yönü hücreler arası bağlantı sayısına, mesajcı moleküllerin miktarına, türüne, salgılanma hızına ve bu moleküllerin diğer hücreye yapışma sayısına göre değişir. Bu unsurlar temelde genetik olarak belirlenmiş olsa da zaman içerisinde önemli değişiklikler gösterir.
Beyne ulaşan uyaranlara ve vücudun ihtiyaçlarına göre, beyin sinirler arasındaki bağlantı sayısını, salgıladığı mesajcı molekül miktarını veya türünü değiştirmek suretiyle sinyal iletim gücünü ayarlar. Beyinde sürekli devam eden bu değişime, esneklik anlamına gelen “plastisite” denir. Beyin plastisitesi, öğrenme ve hafızanın temel mekanizmasını oluşturur. Yeni bilgiler öğrenirken beyindeki sinir hücrelerinin sayısı artmaz, ancak bağlantı sayısı ve sinyal ileti gücü değişir. Bağlantı sayısı ve gücü, o sinirlerin uyarılma sıklığıyla orantılıdır.
Sürekli uyarılan sinirler arasındaki bağlantılar artarken, kullanılmayan bağlantılar zayıflayarak kopar. Son yıllarda yapılan çalışmalar, öğrenme sürecinin insan uyurken dahi devam ettiğini göstermiştir.
Uyanıkken beynin algıladığı yeni bilgiler sonucunda oluşan sinirler arası bağlantılar, uyurken daha da güçlenir. Sinir hücrelerinin uyarılması, hücrelerde bazı genlerin açığa çıkmasına, yeni mesajcı RNA’ların ve proteinlerin yapımına yol açar. Hücrede meydana gelen bu değişimler, bağlantı gücünü bazen çok kısa süre (1-2 saniye veya dakika), bazen de uzun süre (aylar veya yıllar) etkiler. Sinirler arasındaki bağlantıların kalıcı hale gelmesi uzun süreli hafızadaki en önemli etkendir. Kısa süreli hafızadaysa hücrelerde kalıcı yapısal değişiklikler değil, geçici işlevsel değişiklikler olur.
En temel değişimler mesajcı moleküllerin salgılanmasında ve hücrelere kalsiyum (Ca2+) girişinde olur. Kısa süreli hafızada değişimler geçicidir, hücreler arası bağlantılar zayıftır ve hücre kısa bir süre sonra eski konumuna döner. Bir kere çevireceğimiz telefon numarasını veya bir kere göreceğimiz bir kişinin adını hatırlamak için kısa süreli hafızamızı kullanırız. Bir daha kullanılmadığı taktirde kısa sürede bu bilgiler unutulur.
Ancak kısa süreli hafızadaki bilgiler belirli bir süre tekrarlanırsa uzun süreli hafızaya atılır. Kısa süreli hafıza için oluşturulan zayıf hücre bağlantıları güçlenerek kalıcı hale gelir. Bazı genlerin açığa çıkması, yeni proteinlerin yapımı, sinaps sayısının artması gibi hücresel değişiklikler uzun süreli hafızada belirginleşir ve kalıcı hale gelir. Sinir yolunun sürekli uyarılması yapısal değişikliklere yol açmanın yanı sıra hücresel bağlantıların etkileşimindeki verimliliği de artırır. Yani, aynı sinir hücresi bir diğerini artık daha kuvvetli bir şekilde uyarmaya başlar (LTPlongterm potentiation). Sinir hücresinin ucunda, bağlantı yüzeyinde açığa çıkan N-metil-Daspartat (NMDA) algılayıcıları, sinyal iletim gücünün önemli düzeyde artmasını sağlar. Ek olarak, sinir hücrelerinde bazı proteinlerin yapımını tetikleyen CREB genlerinin açığa çıkması da sinyal iletim gücünü artırır. Uzun dönemde sinyal gücünde meydana gelen ve LTP denilen bu artış, hafızanın kalıcı olmasındaki en önemli etkendir.
MESAJCI MOLEKÜLLER VE HAFIZA
Mesajcı moleküller, sinir hücrelerinde oluşan elektrokimyasal sinyallerin diğer hücrelere iletilmesini sağlar. Mesajcılar sinir uçlarında üretilir ve depolanır. Sinir hücresi uyarıldığında, hücreler arası bağlantı boşluğuna, yani sinaps aralığına bir veya birden çok mesajcı yollanır. Her mesajcının bağlandığı ayrı bir algılayıcı ve ilettiği ayrı bir mesaj vardır. Mesajcıların çoğu, tek bir amino asitten veya 8-30 amino asitin birleşmesinden oluşan protein yapısındaki moleküllerdir.
Glutamat, glisin, aspartat ve GABAamino asit olan mesajcılardır. Mesajcı moleküllerin bazıları uyarıcı, bazıları ise baskılayıcı etki gösterir. Asetilkolin, noradrenalin, serotonin, histamin, glutamat ve aspartat uyarıcı, dopamin, GABA ve glisin ise baskılayıcı mesajcılardır. Glutamat öğrenme ve hafızayla ilişkili olan önemli bir mesajcıdır. Bu molekül, sinapslarda oluşan uyarının giderek daha fazla güçlenmesini sağlar. Yani sinirde oluşan her sinyal diğer siniri, giderek artan şiddette uyarmaya başlar. Sinir ileti gücünde uzun süreli artma (LTP) hafızanın kalıcı olmasını sağlar.
Morfin benzeri etkiye sahip olan enkefalinö ve dinorfin, hipokampusu baskılayan mesajcılardır. Hipokampusta sinir ileti gücünün artmasını engelleyerek bilginin uzun süreli hafızaya atılmasını önler. Bu mesajcılar, stresli olaylarla başa çıkmada hayli yararlıdır. Nosiseptin ve galanin öğrenme ve hafızada etkili olan diğer mesajcılardır. Nosiseptin öğrenmeyi ve duygusal hafızayı artıran bir moleküldür. Galanin, bazı sinyal ileti yollarını tıkayarak hipokampusu baskılar. Öğrenme ve hafızayı olumsuz etkileyen galanin, Alzhemier hastalığıyla da yakından ilişkilidir.
HAFIZAYI GÜÇLENDİRMEK
Algıladığımız bilgilerin depolanması hafızanın görevidir. İnsan beyni yeni öğrendiği bilgiyi çok kısa süreyle kullanacaksa kısa süreli hafızaya atar. Bir süre sonra kullanılmayan bilgiler silinir. Eğer tüm bilgiler kalıcı olarak depolansaydı beynin iş yükü gereksiz yere artmış olurdu. Beyne giren bilgiler daha sonra kullanılacaksa uzun süreli hafızaya atılır. Kişiye gerekli olan bilgilerin uzun süre akılda kalması, yani iyi bir ezber ve hafıza gücü hepimizin sahip olmak istediği bir özelliktir. Uzun süreli hafızanın güçlendirilmesi için bazı şartların sağlanması gerekir. Öğrenilmek istenilen konunun sürekli düşünülmesi, yani üzerinde kafa yorulması ve bilginin sürekli kullanılması kalıcı hafızaya aktarılmasında önemli unsurlardan biridir. Kişinin öğrendiği konuya ilgisinin olması, konudan zevk alması ve daha önce o konu hakkında bir miktar bilgi sahibi olması, bilginin kalıcı hafızaya daha kolay atılmasını sağlar.
Yeni bilgiyi öğrenmeye hazır olmak, dikkatini vermek yani konuya yoğunlaşmak, bilginin hafızaya atılmasında temel şartlardır. Öğrenme, mümkün olduğunca dinlenmiş durumda yapılmalıdır. Aşırı stres, yorgunluk, uykusuzluk ve dengesiz beslenme öğrenmeyi olumsuz etkileyen unsurlardır. Konular, basitten karmaşığa doğru hiyerarşik bir sıraya konularak öğrenilmelidir.
Kolay konular önce, daha zor ve karmaşık konularsa sonra öğrenmelidir. Öğrenilen unsurların kendi içinde belirli bir sıraya koyulması, gruplandırılması, ilişkilendirilmesi ve çeşitli çağrışımların kullanılması öğrenmeyi kolaylaştıran tekniklerdir. Örneğin bir telefon numarasını ezberlerken o numarayı çağrıştıracak doğum tarihimiz, evimizin kapı numarası gibi başka bilgilerden yararlanabiliriz. Yeni öğrenilen bir bilgiyi daha önce okumuş, görmüş ve yaşamış olduğumuz olaylarla veya tanıdığınız insanlarla ilişkilendirmek de ezberlemeyi kolaylaştırır.
Öğrenme sırasında farklı konuların benzerliği hafızayı etkiler. İlk öğrenilen konuyla sonradan öğrenilen konu arasındaki benzerlik ne kadar çok ise, unutma da o kadar çoktur.
Bu nedenle birbirinden farklı olsa da birbirine benzer konuları aynı anda öğrenmek sakıncalıdır. Öğrenilen iki farklı konu arasındaki zaman çok kısa veya çok uzunsa da unutma riski artar. İlk öğrenilen konunun sadece iyi bilinmesi yeterli değildir, o bilginin kalıcı hafızaya atılması için mükemmel öğrenene kadar çalışmaya devam edilmesi gereklidir. Öğrenmenin sonucunda bir kazanım olacağının bilinmesi de, bilginin hafızaya atılmasında son derece önemlidir. Düzenli spor, dengeli beslenme ve olaylara olumlu bakış açısı öğrenmeyi kolaylaştıran ve hafızayı güçlendiren diğer unsurlardır.