Uyku ve Hafıza: Beynin Gizemli Süreci
San Diego’da bulunan California Üniversitesi Tıp Fakültesi’nde görev yapan tıp profesörü ve uyku araştırmacısı Dr. Maxim Bazhenov, uyku sırasında beynin oldukça aktif olduğunu ifade ediyor. “Beyin biz uykudayken çok meşgul oluyor ve gün boyunca öğrendiğimiz şeyleri tekrarlıyor” diyor. “Uyku, anıların yeniden düzenlenmesine yardımcı oluyor ve onları en etkili şekilde sunuyor.”
Dr. Bazhenov ve ekibi, daha önce yayımlanan araştırmalarında uykunun, nesneler, insanlar veya olaylar arasındaki nedensiz ve dolaylı ilişkileri hatırlama yeteneği olan rasyonel hafızayı nasıl oluşturduğunu ve eski anıların unutulmasına karşı nasıl bir koruma sağladığını ortaya koydu.
Uyku Dönemleri ve Öğrenme Performansı
Populer Science Türkçe’de yer alan araştırmanın sonuçlarına göre, yapay sinir ağları insan beyninin mimarisinden faydalanarak temel bilimlerden tıbba, ekonomiden sosyal medyaya kadar çok çeşitli alanlarda sistemin iyileştirilmesine katkı sağlıyor. Bu ağlar, bazı hesaplama hızları açısından süper insan performansına ulaşabilse de, önemli bir alanda zayıf kalıyorlar: Yapay sinir ağları, sıralı olarak öğrendiklerinde, yeni bilgiler önceki bilgilerin üzerine yazılıyor. Bu duruma yıkıcı unutma adı veriliyor.
Dr. Bazhenov, “Bunun aksine, insan beyni sürekli olarak öğreniyor ve yeni bilgileri mevcut bilgilerle birleştiriyor” diyor. “Genel olarak, yeni bilgilerin öğrenildiği süreçte anıların pekiştirilmesi için uyku dönemleri eklendiğinde, öğrenme performansı en üst düzeye çıkıyor.”
Biyolojik Modeller ve Yapay Sinir Ağları
PLOS Computational Biology dergisinin son sayısında yer alan makalede, Bazhenov ve meslektaşları biyolojik modellerin yapay sinir ağlarındaki yıkıcı unutma tehdidini nasıl hafifletebileceğini ve bu ağların çeşitli araştırma alanlarında sunduğu faydaları nasıl artırabileceğini tartışıyorlar. Bilim insanları, doğal sinir sistemlerinin yapay olarak taklit edildiği artışlı sinir ağları kullanarak, bilgilerin sürekli aktarılmak yerine belli zamanlarda ayrı olaylar şeklinde iletildiğini keşfettiler.
Araştırmacılar, artışlı ağlar yeni bir görev üzerinde eğitildiğinde ve uyku döneminin taklit edildiği çevrimdışı süreçler uygulandığında, yıkıcı unutmanın azaldığını gözlemledi. Makalenin yazarları, insan beyninde olduğu gibi bu ağlarda da “uyumanın” eski eğitim verilerini kullanmadan eski anıların yeniden oynatılmasını sağladığını belirtiyorlar.
Sinaptik Ağırlık Kalıpları ve Hafıza
Anılar, insan beyninde sinaptik ağırlık kalıplarıyla temsil ediliyor; yani iki nöron arasındaki bağlantının gücü veya büyüklüğüyle. Dr. Bazhenov, “Yeni bir bilgi öğrendiğimizde, nöronlar belirli bir sırada ateşleniyor ve bu durum aralarındaki sinapsları artırıyor. Uyku sırasında, uyanık olduğumuz zaman öğrenilen bu artışlı kalıplar kendiliğinden tekrarlanıyor. Buna yeniden faaliyete geçme veya yeniden oynatma deniliyor” diyor.
Yapay Sinir Ağlarının Geliştirilmesi
“Sinaptik plastisite, yani sinapsların değişim veya kalıp verilme kapasitesi, uyku esnasında da geçerli oluyor ve hafızayı temsil eden sinaptik ağırlık kalıplarını daha da zenginleştirip, unutmayı önlemeye veya eski görevlerden yeni görevlere bilgi aktarılmasını sağlamaya yardımcı oluyor.” Bazhenov ve meslektaşları bu yaklaşımı yapay sinir ağlarına uyguladıklarında, ağların yıkıcı öğrenmeden kaçınmalarına yardımcı olduklarını keşfettiler.
“Bu durum, bahsettiğimiz ağların insanlar veya hayvanlar gibi sürekli biçimde öğrenebildikleri anlamına geliyordu. İnsan beyninin uyku esnasında bilgiyi nasıl işlediğini anlamak, insan deneklerde hafızanın zenginleştirilmesine yardımcı olabilir. Uyku ritimlerinin zenginleştirilmesi, daha iyi hafızaya yol açabilir.”
“Başka projelerde bilgisayar modelleri kullanarak, uyku sırasında işitsel tonlar gibi uyku ritimlerini zenginleştiren ve öğrenmeyi iyileştiren uyarımlar uygulamak üzere en uygun stratejileri geliştirmeye çalışıyoruz. Bu çalışmalar, hafızanın yaşlanmayla veya Alzheimer hastalığı gibi durumlarla gerilediği zamanlarda oldukça önemli olabilir.”
