Katalog

Evrendeki En Yüksek Karma kl k Düzeyi: Beynimizdeki modüller, bir kültürel aktivitede yeni bir yol üzerinden aralarında bağlandığında, her iki modülün ayrı ayrı sergilediği işlevler, bu yeni etkileşim sayesinde değişirler ve bu parçaların toplamından daha büyük bir bütünlük sergilerler. Beynimizin oyun hamurunda olduğu gibi şekil verilebilen esnekliği (neuroplasticity) bu tarzın bir sonucudur. Yrd. Doç. Dr. R. Murat Demirer (İstanbul Kültür Üniversitesi) Bunlar Yunancada ağaç anlamına gelen dentritler olarak tanımlanırlar. Her dal komşu sinir hücrelerine farklı yarıçaplarda ulaşır ve sensör görevi gören kendi proteinleri yardımıyla, diğer sinir hücrelerin salgıladığı kimyasalları algılar. Moleküler biolojist James Schwartz ve genetikçiler, yılanlarda özel moleküllerin uzun dönemli bellek oluşumunda rol aldığını gözlemlemişlerdir. Protein kinaz, nöronun gövdesinden, genlerin bulunduğu çekirdeğe giderek, bir geni aktif kılar. Bu gen nöronun uçlarının yapısını değiştirererek yeni bağlantıların büyümesini sağlar. Kandel, Carew ve arkadaşları Mary Chen ve Craig Bailey [1], tek bir nöronun uzun dönemli bellek oluşturabildiğini gösterdiler. Genlerin, 1300 sinaps bağlantısından 2700 sinaps bağlantısına kadar artarak, beynin nöroplastik yapısında büyük değişikliklere neden olduğu gözlemlenmiştir. Nöron dinamikleri, “tümlev alateşle” yapısı şeklinde modellenen dinamiklerdir. Hücre zarında bir eşik seviyesine gelindiğinde depolarizasyon durumunda bir iğnesel darbe oluşur ve hemen sonrasında hızla başlangıç seviyesine dönülür. Darbe şekilleri hücrenin iyon kanallarını kestirmemizi sağlar. Her darbe, ayrıca bir tepkisizlik sürecini tetikler. Yani bu süre içinde nöron tekrar ateşleme yapamaz ya da ateşleme olasılığını azaltmış olur. Ayrıca kullanılan matematiksel modellerde, darbe fonksiyonu oluşacak iğne dizgesindeki ilk darbenin belirlediği zamanın yörüngesini tanımlar. Darbe fonksiyonu, sürekli artan ve süreksizlik gösteren bir özelliktedir. Bu modeller hücre zarının kapasitesi ve iletkenliği ile tanımlanan sızıntı modellerdir. Belli bir zaman aralığındaki iğne darbelerinin sayısı (ateşleme hızı), iki darbe arasında geçen zaman ve nöron gruplarının zamankonumdaki değişimleri gösteren aktiviteler, bize üç tür kodlama yapısının varlığını göstermektedir. Bilgi akışı bu şekilde kodlanmış olmaktadır. Düşünmemizin gerçekleştirildiği dış beyin zarında ölçülen elektrik (EEG) ve magnetik (MEG) alanlarda ölçülen, konumzaman kalıpları, en küçük ölçeklerde bulunan nöroiletici moleküllerin kimyasal yoğunluk değişiminden başlar, etki potansiyellerine ve oradan da orta ölçekte olan yerel dendrit dalga potansiyellerine kadar değişir. Her potansiyel değişimine ait örüntü, iğne şeklinde darbe veya dalga yapısı, beynimizin metabolik enerjisinden harcanır. Beyin enerjisinin %95’i dendritlerde, %5’i aksonlarda harcanmaktadır. Etki potansiyelleri, konumzamanda mikrometre ve Beyin Dinamiklerinin Anlaşılması (II) Ç ok basit olarak ifade edersek, aklımız beynimizde bulunan nöronların bir anahtar gibi “aç” “kapa” şeklinde çalışmalarından doğmaktadır. İlk defa tek bir nöronun davranışı Hodking ve Huxley modeli (1939) ile açıklanmıştır. Gün geçtikçe matematiksel modellere daha fazla biyolojik ayrıntıyı sokan parametre ve değişken eklenmektedir. Bunlar arasında dış bir kaynaktan gelen darbe üretimi, eşik altı uyarımlarının ani olarak azalması, tepkisizlik periyodu, sinaptik gecikmeler sayılabilir. milisaniye ölçeklerindedir. Orta ölçekte ise birkaç bin nöronun temsil edildiği sütunsal yapılar ve daha büyük ölçekte ölçülen makroskopik geniş yayılımlı alan potansiyelleri ise EEG, MEG, fMRI ile ölçülmektedir. Bu ölçekler, zamanda saniye ve konumsal boyutta santimetre büyüklüklerindedir. Bazı nöroteknolojistler beyinde bazı özel noktaların EEG ölçümlerinde, daha çok sayıda elektrot kullanılması gerektirdiğini söylemektedirler. Beyin zarımız, çok sayıda farklı frekansa sahip geniş bir frekans aralığında tanımlanmış salınımlar üretir. Bu frekanslar, 1 Hz’nin altından birkaç yüz Hz’ye kadar değişkenlik gösterir. Beyin zarında bulunan önleyici nöronlar kararlığı sağlamak için değildir. Bu nöronlar, geri beslemelerde geniş bir aralıkta gecikmeler sağlayarak, beta (1230 Hz) ve gamma (3080 Hz) frekans aralıklarında salınımlar üretirler. Bu yapı, çok sayıda negatif geribildirime sahip basit diferansiyel denklemlerle modellenmiştir. Memphis Üniversitesi’nden, Prof. Robert Kozma, biz beynimizin daha büyük bir ölçeğinin benzeşimini temsil eden K4 modellerinin, özerk olarak değişen bir çevre yapısında hareket edebildiğini ispatladık demiştir. Böyle bir matematiksel model, iki adet birbirine bağlı salınım üreten 2. derece basit diferansiyel denklem (ODE) sistemini temel alır [2]. Darbe yoğunluğu yaygın olarak tüm beyin bölgesine yayılmış neurokipleyici (neuromodulator) ler tarafından denetlenirler. Son zamanlarda, farklı nöral merkezlerde eşzamanlı ritmik aktivitelerinin gözlemlenmesi büyük heyecan yarattı. Çünkü bu aktivitelerin birçok kavramsal (cognitive) fonksiyonun anlaşılmasına temel oluşturduğu düşünülmektedir. Hatta bilinç bile açıklanabilecektir [3]. Uyanık durumdayken beynimiz yüksek frekanslı ritimlerle tanımlandırılır. Buna karşın uyku, beynimizin değişik bölgelerinde ve bazı zamanlarda oluşan düşük frekanslı bir aktivite ile tanımlanır. Bu kalıplar, birbiriyle karşılıklı izdüşüm yapan ve çok yakın bağlanan iki bölge arasında yani talamus ve beyin zarında üretilir. Nöronların oluşturduğu bağlantı yoğunlukları o kadar fazladır ki, nöronlar aralarındaki etkileşimleri kesintisiz sürdürürler. Karşılıklı etkileşimden ötürü, tek tek nöronların oluşturduğu darbe dizgelerinin bir zaman aralığında histogramlarına bakıldığında, darbe sayılarının dağılımı sıfır olasılığından başlar, bir tepe değer yapacak şekilde yükselir ve daha sonra sıfır olmayan kararlı bir duruma döner. Nöronlarımız aksonlarının çıkışındaki darbeleri dendrit çıkışlarındaki dalgalara dönüştürür. Dendritlerde bulunan sinaps duyarlıkları ila aksonların tetiklenme bölgelerindeki tepkisizlik periyodları Ca++ iyonları ile belirlenir. Darbedalga dönüşümünün varlığı, davranışlarımızın belirlenmesini ya da uykuyu açıklayabilmektedir. Kaynakçalar 1. Mary Chen, Craig H. Bailey,and Eric R. Kandel, “SynapseSpecific, LongTerm Facilitation of Aplysia Sensory to Motor Synapses: A Function for Local Protein Synthesis in Memory Storage” Cell, Vol. 91, 927–938, December 26, 1997, Copyright 1997 by Cell Press 2. Walter J. Freeman, Harry R. Erwin: Freeman Kset. Scholarpedia 3(2): 3238 (2008) 3. The Complexity of the Brain:Structural, Functional and Dynamic Modules, Peter Erdi 2000 http://www.omegafield.net/library/consciousness/complexityofthebrain.pdf CBT 1137 / 12 2 Ocak 2009 Catherine Moris ve Harold Lear, 1981’de nöron hücresinin zarındaki anahtarlama sürecinde, hücre zarından içeriye doğru akan Ca++ iyonlarının oluşturduğu bir akımın varlığını gösterdi. Bu akım anlık olarak değişmekteydi. Hücre zarından dışarı doğru akan ve sızıntı akımı olarak tanımlanan ve yavaş olan bir K+ akımı, bu modeli tamamlamaktadır. İki komşu nöronun bağlandığı yer, sinaps olarak tanımlanmaktadır. Bu yerde çok küçük bir aralık vardır. Sinapsta bir nöron diğerine kimyasal işaretler göndermektedir. İnsan beyninde 1011 sinir hücresi varken aralarındaki koordinasyon 1015 sinaps ile sağlanmaktadır. Piramitsel bir şekilde birbirine bağlanan nöronların %7580’i uyarıcı türdendir. Buna karşın kalan %2025’i de aktivite engelleyici türdendir. Kortikal (beyin zarına ait) sinapsların %90’ı kendi aralarındaki nöronların aksonlarından gelirken, %10’u sensör görevi gören nöronlardan kaynaklanmaktadır. Nöronların bağlantısını ağaç yapısına da benzetebiliriz.