İnsanlar üzerinde yapılan araştırmaların belli etik sınırlar içerisinde gerçekleştirilmesi dolayısıyla, uyku sırasında beynimizde gerçekleşen aktiviteler ile ilgili de çok az bilgiye sahibiz. Nasıl uykuya dalarız? Uyurken beynimizde ne olur? Nasıl bir aktivite gerçekleşir? Hangi beyin bölgeleri ne düzeyde aktifleşir veya pasif hale geçer? Tüm bu soruların cevabını aramak için de insan gibi davranan matematiksel veya yazılımsal modellere karşı teknik bir ihtiyaç doğmaktadır.

Şimdi ise PLOS Computational Biology'de yayımlanan bir çalışmada Almanya, University of Lübeck'ten araştırmacılar başarılı bir şekilde yeni bir matematiksel model kurdu ve test etti. Bu modelde temel olarak beynin derin uyku sırasındaki kompleks aktivitesi yeniden canlandırılıyor. Üstelik son derece basit bir şekilde.

Son araştırmalara göre, hafıza oluşumunda ve anıların yerleşmesinde derin uyku sırasındaki belli birtakım nöron aktivitesi paternleri veya kalıplarının önemli roller oynuyor olabileceği ortaya koyulmuştu. Aynı üniversiteden Michael Schellenberger Costa ve Arne Weigen öncülüğündeki araştırma ekibi, mevcut araştırmada bu paternleri taklit edebilen kompütasyonel bir model oluşturmayı başardı.

Araştırmacılar daha önce uyumakta olan beynin kabuğunun (korteks) aktivitesini modellemişti ancak uyku sırasında hafıza kurulmasını veya oluşturulmasını sağlayan / yardımcı olan paternler korteks ile talamus arasındaki etkileşimden kaynaklanıyordu. Bundan dolayı ihtiyaç duyulan bahsi geçen yeni model ile de talamokortikal (thalamocortical) eşleşme yeniden canlandırılarak, hafıza ile ilişkili olan uyku paternlerinin taklit edilmesi sağlandı.

İnsan uyku çalışmalarının verilerinden yararlanılarak yapılan karşılaştırmalar ise araştırmacıların sonuçlarını teyit etmesini sağladı. Makalede belirtildiği üzre yeni model, NREM (non-rapid eye movement) uykusunun ikinci ve üçüncü aşamalarında alınmış EEG (elektroensefalogram) kayıtları ile büyük oranda tutarlı paternler oluşturuyor.

Araştırmacılara göre bu yeni model bir 'nöral kütle modeli' olarak değerlendiriliyor. Bu terminoloji ile kastedilen ise modelin son derece yaklaşık bir biçimde ve küçük bir nöron grubunun davranışının ölçeğini büyüterek çok sayıda nörondan oluşan grup davranışlarını belirten sonuçlar üretebiliyor olması. Diğer uyku modelleri ile karşılaştırıldığında (ki bunların çoğu birim veya tek bir nöron aktivitesine dayalıdır) ise bu yeni model çok daha basit ve özellikle hafızayı yerleştirme, kalıcılaştırma üzerine yapılan çalışmalarda son derece yardımcı olabilecek bir potansiyele sahip.

Araştırmacılar konu ile ilgili olarak, yalnızca birkaç mekanizmayı barındıran bir modelin uyku sırasında gözlemlenen karmaşık beyin ritmlerini ve paternlerini taklit etmeye ve modellemeye yetmesinin son derece önemli bir gelişme olduğunu ve hayranlık uyandırdığını belirtiyor.

---

Kaynak: Michael Schellenberger Costa, Arne Weigenand, Hong-Viet V. Ngo, Lisa Marshall, Jan Born, Thomas Martinetz, Jens Christian Claussen. A Thalamocortical Neural Mass Model of the EEG during NREM Sleep and Its Response to Auditory Stimulation. PLOS Computational Biology, 2016; 12 (9): e1005022 DOI: 10.1371/journal.pcbi.1005022

---