İster lineer cebirde karmaşık işlemler yapan bir yüksek lisans öğrencisi olun, ister aldığınız para üstünü hesaplayan bir müşteri; gündelik hayatta hepimiz matematik kullanıyoruz. Fakat beynimizin nasıl aritmetik yaptığı halen pek bilinmiyor. Şimdiyse Almanya’da çalışan bir grup araştırmacı, beyinlerimizin belli matematik işlemleri sırasında özel olarak ateşlenen nöronlar barındırdığını keşfetmiş.

Tübingen ve Bonn Üniversitelerince yürütülen ve iki gün önce Current Biology bülteninde yayımlanan yeni araştırmaya göre tespit edilen nöronlardan bazıları toplama işleminde özel olarak faaliyete geçerken, diğerleri ise çıkarma yapıldığı sırada çalışıyor. Nöronlar, hesapların metinle mi yoksa rakamla mı yapıldığını da önemsemiyor.

Çoğu ilkokul öğrencisi üç elmayla iki elmanın toplandığı zaman beş elma yaptığını muhtemelen biliyordur. Fakat bu gibi hesaplamalar sırasında beyinde neler gerçekleştiği halen büyük oranda bilinmiyor. Bonn ve Tübingen Üniversitelerinde yürütülen yeni çalışma, bu konuya ışık tutuyor.

Araştırmacılar yeni çalışmalarında Bonn Üniversite Hastanesi Sara Bilimi Bölümünün özel bir niteliğinden yararlanmışlar. Bu bölüm, epilepsi hastalarının beyinlerinde gerçekleştirilen cerrahi işlemlerde uzman. Sara nöbetleri bazı hastalarda beynin hep aynı bölgesinden çıkıyor. Doktorlar ise bu bölgeyi hassas şekilde tespit etmek için hastalara bir takım elektrotlar yerleştiriyor. Elektrotlar yardımıyla kasılmanın kaynağı kesin şekilde belirlenebiliyor. Bunlara ek olarak nöronların faaliyetleri de kablo bağlantısı yardımıyla tek tek ölçülebiliyor.

Bazı nöronlar sadece toplama yaparken ateşleniyor

Araştırmacıların yeni çalışmasına beş kadın ve beş erkek katılmış. Sinir hücrelerinin faaliyetini kaydetmek içinse deneklerin beyinlerinin temporal loblarına elektrotlar yerleştirilmiş. Bu esnada katılımcılardan basit aritmetik işlemler gerçekleştirmeleri istenmiş. Bonn Üniversitesi Hastanesi Sara Bilimi Bölümünde çalışan Prof. Florian Mormann, “Toplama ve çıkarma işlemlerinde farklı nöronların ateşlendiğini keşfettik” diyor.

Fakat bu durum, bazı nöronların sadece “+” işaretine ve diğerlerinin de sadece “-” işaretine tepki vermesine benzemiyor: Prof. Mormann’ın araştırma grubunda doktora yapan Esther Kutter, “Bu matematiksel simgeleri kelimelerle değiştirdiğimizde bile aynı etkinin meydana geldiğini gördük” diyor. “Deneklere ‘5 ile 3’ü toplamaları söylendiğinde toplama nöronları faaliyeti geçti, ‘7 eksi 4’ dendiğinde de çıkarma nöronları çalıştı.”

Bulgular, keşfedilen hücrelerin aslında matematiksel bir faaliyet talimatını kodladığını gösteriyor. Bu sebeple beyinde gerçekleşen faaliyetler, test deneklerinin o an hangi tip hesaplamalar yaptığını yüksek bir doğruluk payıyla göstermiş: Araştırmacılar hücrelerin faaliyet kalıplarını kendi kendine öğrenen bir bilgisayar programına aktarmışlar. Aynı esnada, yazılıma deneklerin o an toplama mı yoksa çıkarma mı yaptığını söylemişler. Algoritma bu eğitim aşamasından sonra yeni faaliyet verisiyle karşılaştığında, o sırada kaydettiği hesaplama işlemini doğru şekilde tanıyabilmiş.

Tübingen Üniversitesinde çalışan Prof. Andreas Nieder, çalışmaya Prof. Mormann ile beraber danışmanlık yapmış. “Maymunlarda yapılan deneylerden, onların beyninde de belirli hesaplama kurallarına özgü nöronların olduğunu biliyoruz” diyor Nieder. “Fakat insanlar için bu bağlamda pek veri yoktu.” İki çalışma grubu, yaptıkları analizler sırasında ilginç bir olguyla karşılaşmış: İncelenen beyin bölgelerinden biri, parahipokampal korteksmiş. Araştırmacılar buradaki sinir hücrelerinin de toplama veya çıkarma sırasında özel olarak ateşlendiğini keşfetmişler. Fakat toplama yapıldığında, farklı ilave nöronlar tek ve aynı aritmetik işlem esnasında sırasıyla faaliyete geçmiş. Mecazen konuşursak, sanki hesap makinesindeki artı düğmesi sürekli yer değiştiriyor gibiymiş. Çıkarmada da aynısı olmuş. Araştırmacılar buna “dinamik kodlama” adını vermişler.

“Bu çalışma, simge haline gelen en önemli kabiliyetlerimizden birini; rakamlarla hesaplama yapmayı daha iyi anlamaya doğru atılan önemli adım” diyor Mormann. Bonn ve Tübingen’de çalışan bu iki takım, şimdi keşfedilen sinir hücrelerinin tam olarak hangi rolü oynadığını araştırmak istiyor.

Araştırmanın sermayesini Alman Araştırma Vakfı (DFG) ile Volkswagen Vakfı sağlamış.