Bilimin uzun yıllardır üzerinde en çok çalıştığı konuların başında beynimizin sırlarını çözmek geliyor. Henüz bu yolda çok başlardayız ama yine de çok fazla şeyi de biliyoruz.

Bu bildiklerimizden biri de, beynimizde neredeyse her bir kavram veya konsept için ayrı ayrı hücreler olması. Amerikalı araştırmacılar bu özel beyin hücrelerini ararken hastalara Friends dizisinin yıldızı Jennifer Aniston’u sormuşlar, onun için hücreler uzun süre “Jennifer Aniston hücresi” olarak da bilinmiş. Türkiye’de herkes Aniston’u tanımayabilir ama hepimizin beyninde bir Tayyip Erdoğan konsept hücresi olduğuna kuşku yok.

Bu hücreler keşfedileli çok oldu ama haklarındaki tartışma devam ediyor. Bu konuda Amerika’nın önemli ve saygın bilim dergilerinden Quanta’da Türkiye kökenli bir popüler bilim yazarı olan Yasemin Şaplakoğlu tarafından kaleme alınan haberi biraz özetleyerek aktarıyoruz:

Bir barda martini yudumlayarak ilk randevuda olduğunuzu hayal edin. Martindeki zeytini yersiniz ve buluştuğunuz kişinin size bir bankadaki işinden bahsetmesini sabırla dinlersiniz. Beyniniz bu sahneyi kısmen kavramlara bölerek işliyor. Bar. Tarih. Martini. Zeytin. Banka. Beyninizin derinliklerinde, konsept hücreleri olarak bilinen nöronlar harekete geçiyor.

Martini için harekete geçen ancak zeytinler için geçmeyen konsept hücreleriniz olabilir. Bir “banka” fikrinin de kendi konsept hücreleri kümesi vardır, belki de milyonlarcası. Ve orada, o loş ışıklı barda, ondan hoşlansanız da hoşlanmasanız da randevunuz için konsept hücreleri oluşturmaya başlıyorsunuz. Günün birinde bir şey sana onu hatırlattığında bu hücreler harekete geçecek.

Konsept nöronları, nasıl sunulursa sunulsun kavramları için harekete geçer: Gerçek hayatta veya bir fotoğrafta, metinde veya konuşmada, televizyonda veya bir podcast’te. 

Washington Üniversitesi’nde bir sinirbilimci olan Elizabeth Buffalo, bu hücrelerin harekete geçme nedenlerini anlatırken “Daha soyut, gördüğünüzden gerçekten farklı” diyor.

Onlarca yıl boyunca, sinirbilimciler beynin tek bir nöron seviyesine kadar bu kadar yoğun bir seçiciliğe sahip olabileceği fikriyle alay ettiler: Bir ömür boyu uğraştığımız sayısız kavramın her biri için nasıl bir veya daha fazla nöron olabilir? Bonn Üniversitesi’nden nörobiyolog Florian Mormann’a göre, sinirbilimciler genellikle “Verimsiz” diyorlardı, “Bu ekonomik değil.” 

Ancak araştırmacılar 2000’lerin başında konsept hücrelerini tanımladıklarında kahkahalar azalmaya başladı. Son 20 yılda, konsept hücrelerinin sadece var olmadığını, aynı zamanda beynin bilgiyi soyutlama ve saklama şekli için kritik olduğunu tespit ettiler. Yakın zamanda Nature Communications’da yayınlanan bir çalışma da dahil olmak üzere yeni çalışmalar, bu hücrelerin hafızayı nasıl oluşturduğumuz ve aldığımız konusunda merkezi olabileceğini öne sürdü

Konsept hücrelerinin var olduğunu kanıtlamak için teorik hesaplamalar yapan Madrid Complutense Üniversitesi’nden matematikçi Valeriy Makarov Slizneva, “Beynin nöronların devrelerinin karmaşık dinamikleri aracılığıyla dış dünya hakkındaki bilgileri işlediğini biliyoruz. Bununla birlikte, bireysel hücrelerin beynin gerçekliği yeniden inşasında önemli rollere sahip olması da mümkün” diyor.

“Doğa, zaman içinde karmaşık hesaplamalarla uğraşmak yerine basit ama verimli yollar bulur” diye ekliyor. “Düşündüğümüzden daha basitiz.”

Parodi Hayata Geçirildi

Konsept hücresi kavramı, sinirbilimciler için bir şakaydı – ta ki öyle olmayana kadar.

1969’da sinirbilimci Jerome Lettvin Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nde ünlü olan bir ders verdi. Alaycı bir tonla, öğrencilerine annesiyle zor bir ilişkisi olan kurgusal bir hastayı muayene eden kurgusal bir beyin cerrahı hakkında bir hikaye anlatıyordu derste… Yardım etmek isteyen beyin cerrahı, hastasının beyninde annesi için kodlanan bir hücreyi kaldırıyordu ve böylece onunla ilgili tüm hafızasını siliyordu. Başarısından memnun olarak, “büyükanne hücreleri” arayarak araştırmalarına devam ediyordu sonra.

Barselona’daki Hospital del Mar Araştırma Enstitüsü’nde bir sinirbilimci olan Rodrigo Quian Quiroga, ”O zamandan beri insanlar büyükanne hücreleri hakkında konuşmaya devam ediyor” dedi. Teorik olarak, bir büyükanne hücresi, beyninizdeki 86 milyar arasında bir yerde gizlenmiş, büyükannelerinizden birini kodlayan tek bir nörondur. Onu silersiniz ve – puf – o kişi hakkında bildiğiniz her şey beyninizden kaybolur.

Kimsenin ciddiye aldığı bir fikir değildi. Şimdiye kadar karşılaştığınız her insan için bir hücre mi? “Saçma değil mi?” diyor Seattle’daki Allen Beyin Bilimi Enstitüsü’nden sinirbilimci Christof Koch. “İnsanlar tüm fikri pooh-pooh etmişti.”

Ama herkes değil. 1990’larda, Los Angeles’taki Kaliforniya Üniversitesi’nde beyin cerrahı Itzhak Fried liderliğindeki bir araştırma grubu, bireysel nöronların aktivitesine bakabilecek yeni bir elektrot türü geliştirdi – o zamanlar benzeri görülmemiş bir çözünürlük seviyesi. 

Bir cerrah olduğu kadar bir bilim adamı olan Fried, hafızayı ve zihinsel yaşamlarımızı her zaman merak etmişti. “Bir şekilde tüm dış dünyanın beyinde bir temsil edildiği bir dönüşüm var” dedi. Bu temsil, gerçek dünyadan gelen ayrıntıların yokluğunda belirsiz ve soyut kavramlar şeklinde olabilir.

Fried ve Quiroga araştırmak için Koch ile işbirliği yaptı. Araştırmacılar, tıbbi tedavilerinin bir parçası olarak beyinlerine elektrotlar yerleştirilmiş epilepsi hastalarından nöral aktivitelerini kaydetmek ve analiz etmek için onay aldılar. Elektrotlar, her hastanın medial temporal lobuna, beynin amigdala, entorinal korteks ve duygu ve hafızanın merkezi olan hipokampusu içeren kısmına erişti.

Daha sonra hastalara nesnelerin görüntülerini gösterdiler. 2000 yılında araştırmacılar, bireysel nöronların her kategoride birden fazla görüntü için harekete geçerek yüzler, sahneler, evler veya hayvanlar gibi geniş kategorileri temsil ettiğini bildirdiler.

Babaanne hücresi belki vardı ama belki, araştırma bunu net göremiyordu.

Hücresel Kavram

2000’li yılların başında Quiroga, daha önce mümkün olandan çok daha fazla nöronu tanımlamasına izin veren elektrot verilerini analiz etmek için yarattığı bir algoritmayla uğraşıyordu – nadiren harekete geçen ve bu nedenle tespit edilmesi daha zor olan hücreler bile görebilecekti böylece. “İnsanların daha önce göremediği nöronları görebiliyorum … çünkü fizik ve matematikten öğrendiğim numaraları kullanıyordum,” dedi. “Sonra kendi kendime dedim ki: ‘Eh, bu nöronların ne yaptığını görmek istiyorum.'”

İlk başta, nöronların bireysel insanlara tepki verip vermediğini görmek için epilepsi hastalarına Richard Feynman ve Albert Einstein gibi bilim adamlarının görüntülerini gösterdi. Hastalar onları tanımlayamadıklarında, onlara o zamanların ünlü sit-com dizisi Friends’in yıldızı Jennifer Aniston da dahil olmak üzere daha tanınabilir yerlerin ve insanların fotoğraflarını göstermeye başladı.

Zevkine göre, oyuncuya cevap veren bir nöron buldu. Bu yeni bir soruyu gündeme getirdi: “Jennifer Aniston’un bu resmine mi cevap veriyor yoksa ‘Jennifer Aniston’ kavramına mı cevap veriyor?” 

Bir takip deneyinde, hastalara Aniston’un yedi farklı resmini gösterdi ve aynı nöronun tüm fotoğraflar için harekete geçtiğini, ancak diğer aktörlerin veya nesnelerin görüntüleri için harekete geçmediğini buldu. 

Daha sonra diğer ünlü yerler ve insanlar için nöronları tanımlamaya başladı. Sadece Halle Berry’ye cevap veren bir tane ve sadece Pisa Kulesi için harekete geçen bir tane daha buldu.

Quiroga “Oprah Winfrey” adını yazdı. Resmi için harekete geçen aynı nöronlar adı için de hareketlendi. 

Bu, nöronların resmin parlaklık veya renk gibi özelliklerine yanıt vermediği anlamına geliyordu: Bağlamdan bağımsızlardı. Oprah’a bir kavram olarak cevap veriyorlardı.

Bir nöronun ateşlendiğini gözlemlemesinin, her kavram için yalnızca bir nöron olduğu anlamına gelmediğini biliyordu. Bu doğru olsaydı, “onu bulma şansı sıfıra yakın olurdu” dedi. “Durum böyle olsaydı, bilimi bırakıp kumar oynamaya başlamam gerektiği konusunda şaka yapardım çünkü şimdiye kadarki en şanslı insan olurdum.” Beynin her kavram için birçok nörona sahip olması gerektiğine inanıyordu, ancak kaç tane olduğunu bilmiyordu.

2005 yılında ekip sonuçlarını Nature’da yayınladı ve konsept hücreleri birden bire”Jennifer Aniston hücreleri” olarak tanındı. Koch, ilk başta, büyükanne hücrelerinin etrafındaki uzun süredir devam eden olumsuz çağrışımlar nedeniyle bu isimlendirmeden endişelendi, “En zoru, insanlara bu tür hücrelerin varlığını kabul ettirmekti” dedi. Araştırmayla ilgili bir yazı yazan sinirbilimci Charles Connor’ın yazısının başlığı şöyleydi: “Kimse büyükanne hücrelerine inanmakla suçlanmak istemez. Ama …”

Bunlar büyükanne hücreleri miydi? Quiroga, “Bu görüşe çok karşıyım,” diyor ve ekliyor: “Elbette, bu hücreler son derece spesifikti, sadece Aniston için veya bazen diğer Friends oyuncu kadrosu gibi onu çağrıştırabilecek kişiler için harekete geçiyordu. Bununla birlikte, büyükanne hücresi bire bir kavram-hücre oranı varsayıyordu ve bu hücrelerde durum böyle değildi.”

Verilerini yayınladıktan bir yıl sonra, ekip bazı sayıları hesapladı. Psikologların beynin yaklaşık 20.000 anlamsal kavramı ayırt edebileceğine dair tahminine dayanarak, milyonlarca hücrenin her konsept için kodlanacağını ve her konsept hücresinin genellikle düzinelerce farklı kavramı kodlayabileceğini hesapladılar.

Örneğin, Harry Potter için harekete geçen hücreler, büyücülük okulu arkadaşları Ron Weasley veya Hermione Granger için de hareketlenebilir. Belki de Yüzüklerin Efendisi’nin büyücüsü Gandalf’ta bile harekete geçerlerdi. 

Mormann, “Aynı meslek, farklı hikaye,” dedi. “Bazen tek bir kişiye dar ayarınız var, başka hiç kimseye değil, bazen de belki ‘sihirbazlar’ gibi bir kategoriye göre daha geniş bir ayarınız var.” Aynı konsept hücrenin “asa” veya “sakallı cübbeli yaşlı adamlar” için de ateşleyebileceğini ekledi.

Konsept hücreleri her şeyi ve her şeyi kodlayabilir, ancak nesne tanıma için kullanılmazlar. Bunun için çok yavaşlar: Bu hücreler yaklaşık 300 milisaniyelik bir gecikmeden sonra harekete geçiyor. Los Angeles’taki Cedars-Sinai Tıp Merkezi’nde bir sinirbilimci olan Uli Rutishauser “Neden bu kadar uzun sürdüğü belli değil” diyor. Bu hücreler daha içsel bir sürece dalmış gibi görünüyor ve geçmiş deneyimler ve hafıza tarafından bilgilendirilen soyut bir temsil oluşturuyor.

Herkesin farklı bir kavram ve hücre seti var. Herkes Friends’i görmedi veya ünlüleri takip etmedi. Konsept hücreleri önemsediğimiz veya biraz geçmişimiz olan insanlar veya nesneler için gelişir. Buffalo, “Temsil, o kişinin geçmiş deneyimlerine ve daha önce ilişkili olan şeylere bağlıdır” dedi. Örneğin, beyniniz randevunuz ile onunla tanıştığınız bar arasında bir ilişki kurabilir, böylece buluştuğunuz kişi için konsept hücreleriniz bar için de harekete geçebilir.

Çalışmayı yayınladıktan yıllar sonra, “Jennifer Aniston nöron adamı” olarak bilinmekten mutlu olmayan Quiroga, “konsept hücreleri” teriminin yerleşmesini sağlamaya çalıştı. Nature’da “Konsept hücreleri: bildirimsel bellek fonksiyonlarının yapı taşları” başlıklı bir makale yayınladığı 2012 yılına kadar bunu yakalayamadı.

Makale, beynin dünyadan gelen bilgileri hafızaya dönüştürmek için kavram hücrelerini kullandığı hipotezini sundu. Süreç soyutlama gerektirir: İlgili bilgileri deneyimden çıkarmak, gereksiz ayrıntılardan arındırmak ve saklamak. Belirli insanlar veya nesneler gibi fikirlerin soyut temsilleri olarak konsept hücrelerinin yeni çağrışımlar oluşturmak için birbirine bağlanabileceğini (bir cümledeki kelimeler gibi) ve anılar için yapı taşları olarak hizmet edebileceğini (cümlelerden oluşan bir hikaye gibi) öne sürdü.

Quiroga, “Bu, anıları nasıl sakladığımızın iskeleti,” diyor.

Bir Anı Oluşturmak

Birçok bilim insanı için, konsept hücrelerinin olarak anılar oluşturmak için birbirine bağlandığı ve iç içe geçtiği fikri mantıklı. Bonn Üniversitesi’nde Mormann ile çalışan bir yüksek lisans öğrencisi olan Sina Mackay, hafıza hayatta kalmamızda çok önemli olduğu için “beynimizin neden bağımsız anlamsal kavramlara bu kadar yüksek uzmanlığa sahip olma lüksünü karşılayabileceğinin en iyi açıklaması” olduğunu söyledi.

Gerçekten de, Nature Communications’da yakın zamanda yapılan bir çalışmada ekipleri, kavram hücrelerinin uzun süreli hafızamızdaki belirli nesneleri konumlara bağlayabileceğine dair şimdiye kadarki en güçlü deneysel ipuçlarını buldu. 

Araştırmacılar onlarca yıldır beynimizde konum bilgilerini depolayan hücreleri incelediler. Çalışma, konsept hücrelerinin ve konum hücrelerinin harekete geçme kalıplarının, hastaların bir nesnenin yerini hatırlama yeteneği ile ilişkili olduğunu buldu. Araştırmacılar, konsept hücrelerinin hafızamız için “ne” sorusuna cevap verirken, konum hücrelerinin “nerede” sorusunu yanıtladığını yazdı.

Konsept hücreleri, market alışverişi yaparken veya bir telefon numarasını hatırlarken geçici olarak etkinleştirilen çalışma belleğine de bağlanır. Rutishauser, bu tür bir hafızanın “düşük kapasiteli ve yüksek talepleri olduğunu” söyledi. “Biraz dikkatin dağılırsa, gitmiş olur.” 

2017’de ekibi, öğeleri çalışma belleğinde tutmaya çalışırken kavram hücrelerinin birkaç saniye boyunca aktif kaldığını buldu. Ve 2024’ün sonunda Neuron’da yayınlanan bir çalışmada ekibi, hastaların kavramsal hücreleri aktif olduğunda çalışma anılarının uzun süreli belleğe göç etme olasılığının daha yüksek olduğunu buldu.

Çalışma belleği, bir senaryo hayal ettiğinizde veya bir hikaye anlattığınızda da açılır. 

“Shrek ve Jennifer Aniston bir bara giriyorlar. Belki Shrek bira sipariş ediyor,” diye örnek verdi Hollanda Nörobilim Enstitüsü’nde görme, algı ve hafıza çalışan Pieter Roelfsema.

Bu cümleyi okurken, Aniston, Shrek ve bir bar kavramları birer birer bir araya geliyor. Konsept hücrelerinin bu hayal gücünde rol oynaması muhtemeldir. “Çalışma hafızanızda aşamalı olarak daha zengin ve belki de daha gerçekçi hale gelen bir şey inşa ediyorsunuz,” dedi, “ve sonra hikaye ortaya çıkıyor.”

Roelfsema’nın grubu yakın zamanda kavram hücrelerinin  zamirlere de tepki verdiğini buldu. Çalışmada, “Shrek” anlamına gelen “o” zamiri, “Shrek”le aynı konsept hücrelerini harekete geçirdi. Roelfsema, “[Zamir] daha sonra bir sonraki cümlenin konusu olacak olan ‘Shrek’ kavramına dikkat çekiyor” dedi. “Bence bu çok güzel, bunu ölçebilirsin.”

İsviçre Çakısı Hücreleri

Araştırmacılar, konsept nöronlarının beynin dış dünyayı nasıl temsil ettiğine dair diğer modellere nasıl uyduğunu tartışıyor. New York Üniversitesi’nde onlarca yıldır hipokampüsü araştıran bir sinirbilimci olan György Buzsáki “harika bir keşif” olduğunu söyledi. Bununla birlikte, kavramların temsilinin beyindeki farklı ölçeklerde meydana geldiğini söyledi – tek bir nöron düzeyinde ve ayrıca hücresel popülasyonlar düzeyinde. “Daha önemli olan nedir?” diye sordu.

Bir cevap bulmanın önündeki bir engel, konsept hücrelerini bulmanın zor olması. Şu anda yalnızca hastaların tıbbi nedenlerle beyinlerine elektrotlar yerleştirmek için ameliyat olduğu klinik bir ortamda çalışılabiliyorlar.

Ayrıca, San Diego’daki California Üniversitesi’nde bir sinirbilimci olan Cory Miller, onları tanımlamanın kolay olmadığını söyüyor. Sorunun bir kısmı, “konsept”in kendisinin belirsiz tanımı – örneğin duygular gibi deneyimler için konsept hücrelerimiz olup olmadığını kimse söyleyemez.

İlgi çekici bir olasılık, çeşitli hipokampal hücrelerin farklı bağlamlarda farklı işler yapmak için yeniden haritalanabilmesi. Buzsáki, “Tarihe ve genel resme bakmaya başladığınızda, o zaman kafanızı kaşımaya başlarsınız,” dedi. “Tarih hücreleri var, yer hücreleri var, sınır hücreleri var, sınır vektör hücreleri var, kavram hücreleri var. … Sonra bir noktada, ‘Ah, bu doğru olamaz, hipokampusta sınırlı sayıda nöron var’ diyorsunuz.”

Buffalo, bu nöronların eldeki göreve bağlı olarak farklı roller oynayabilmesi ve farklı kimlikler alabilmesi mümkün olduğunu söyledi. Jennifer Aniston için bir konsept hücresi olması gerektiğinde, budur. Barda martini’ye doğru gitmenize yardımcı olacak bir yer hücresi olması gerektiğinde, bir yer hücresidir. Miller, “Bu hücre bir İsviçre çakısı gibi,” dedi.

Hastalara erişimi olan ve tek nöronların aktivitesini kaydetme teknolojisi olan birkaç grup, deneylerine heyecanla devam ediyor. Mormann, soyut konsept hücrelerinin nasıl elde edebileceğini anlamak istiyor: Ön verilerde, devlet ve vergiler gibi geniş, amorf kavramlara yanıt veren, ancak Jennifer Aniston gibi somut kavramlara daha çok yanıt veren bazı kavram hücreleri buldu. 

Bu arada Quiroga, kavram hücrelerinin insanlara özgü olduğunu kanıtlamayı umuyor – bu potansiyel olarak derin etkileri olan hararetli bir şekilde tartışılan bir fikir.

Artık bu haberi okuduğunuza göre, konsept hücreleri için kodlayan konsept hücreleri oluşturmuş olmanız mümkün – bir şekilde beynimizi etrafına sarabildiğimiz bir kavram.