Katalog

Evrendeki En Yüksek Karmaşıklık Düzeyi: Beyin Dinamiklerinin Anlaşılması (III) Beynin anlaşılmasıyla pek çok konuda hastalara yardımcı olunması gündemdedir: Parkinson hastaları veya depresyonda bulunan hastaların sıkıntıları hafifletilmekte; sıfır yerçekiminde astronotların kaslarını uyararak esnetilmekte, beynin içine yerleştirilen yapay “hippocampus”ler bellek problemi yaşayan hastalara yardımcı olacak. Gelecekte anlaşılamamış olan akıl hastalıkları, hipnoz, beş duyu dışındaki algılamalarımız, pozitif düşünerek ağrıların hafifletilmesi mekanizmaları üzerinde çalışmalar devam edecektir. Yrd. Doç. Dr. R. Murat Demirer (İstanbul Kültür Üniversitesi) ri cinsinden 280.6 Teraflops (1012)’ lık işlem gücünün üçte biri, yani 100 Teraflops olarak kabul edilmektedir. Fakat kanımca bu doğru değildir. Çünkü beynimizin bilgi girdaplarını nasıl kullandığı tam olarak anlaşılamamıştır. Ayrıca aklımıza bir soru daha gelmektedir. İnsan beyninin, silisyum yonga üzerinde gerçekleştirilen kopyası bir bilince sahip olacak mı? Felsefe konusunda ünlü bir bilim adamı olan Daniel Dennett [3] bilincin, bir sistemin karmaşıklık derecesinin kendi ani dinamiklerinin bir özelliği olarak ortaya çıktığını, ister insan beyni olsun ister karmaşıklık seviyesi yeterli olan bir bilgisayar olsun bunun önemli olmadığını söylüyor. Ama gelecekte hiç kuşku yok ki, nanoboyutlarda binlerce elektronik elemanın insan beynine gönderilmesiyle nöronlar arasında yeni bağlantılara yol açılacak ve buna bağlı olarak da insan ve insan dışı zekânın birleşimi sağlanarak yeni bir bionik zekâ formu doğacaktır. Bugün bir insanın düşleyemeyeceğinden daha güçlü ve daha yetenekli beyinler ortaya çıkacaktır. Bu yaklaşım bellek arttırıcı çabalara da hız kazandıracak, bunama ve alzheimer gibi hastalıkların tedavisinde de kullanılabilecektir. Daha yetenekli bestekâ rlar, müzisyenler, cerrahlar ve bilim adamları doğacak ve toplumların çok büyük oranda evrim geçirmesine yol açacaktır. Philip R. Kennedy, nöronların çıkış aktivitelerini ölçen ve beynimize yerleştirilebilen bir implant geliştirdi. Bu bağlantı, felç geçirmiş bir hastanın bir bilgisayara işaret göndermesine olanak sağlamaktadır. Bilgisayar bu sinyali, bir sesli harfe dönüştürür ve daha sonra da konuşma sentezleyicisi tarafından tüm kelimenin oluşturulması sağlanır. Bu tür beyinmakine ara yüzü, ayrıca diğer yönden de, nöronların tek tek uyarılmasını da sağlamaktadır. Daha hassas ölçümlerde, 100 nanometreden daha küçük nano boyutta fiberler ile kullanılan bağlantılar tek nöron düzeyinde ölçüm yapabilmektedir. Kansas State Üniversitesi’nden Prof. Jun Li ve arkadaşları bir arayüz geliştirdiler. Burada nanofiberler fırçaların her teli bir nanofiber kıl gibidir. Bu elektrodlar, nöronlardan gelen işaretlerin alınması ve nöronların uyarılmasında kullanılmaktadır. Bu elektrodlar ile parkinson hastaları veya depresyonda bulunan hastaların sıkıntılarını hafifletilmekte ve protez kolların denetimi yapılmaktadır. Bir uygulama alanı da sıfır yerçekiminde astronotların kaslarını uyararak esnetmekte kullanılmaktadır. Beynin içine yerleştirilen yapay “hippocampus”ler geliştirilerek bellek problemi yaşayan hastalara yardım edecektir. Gelecekte anlaşılamamış olan akıl hastalıkları, hipnoz, beş duyu dışındaki algılamalarımız, pozitif düşünerek ağrıların hafifletilmesi mekanizmaları üzerinde çalışmalar devam edecektir. Ülkemiz insanoğluna yeni yetenekler kazandıracak olan “insan ötesine geçiş” (transhumanism) alanını, Ulusal Bilim Politikası içinde değerlendirmelidir. Kaynakçalar [1] Traub, R. D., & Miles, R. (1991). Neuronal networks of the hippocampus. Cambridge: Cambridge University Press [2] C E Bond, P Patel, L Crouch, N Tetlow, T Day, S AbuHayyeh, C Williamson, and S A Greenfield (2006) Astroglia upregulate transcription and secretion of 'readthrough' acetylcholinesterase following oxidative stress. Eur J Neurosci, 24(2):3816. [3] http://ase.tufts.edu/cogstud/incbios/dennettd/dennettd.htm W CBT 1138 / 12 9 Ocak 2009 . Freeman (1992) kaosun varlığını, genliği modüle edilmiş periyodik olmayan dalga paketlerine bağlı ani dinamiklerdeki değişimler olarak göstermiştir. Bir sistemin kaotik olması için şu koşullar gerekmektedir: (a) Başlangıç koşullarına olan duyarlık (yani dinamik sistemin yörüngesinde keyfi olarak yapılan bir tedirginlik, gelecekteki davranışında büyük oranda bir değişikliğe yol açmalıdır); (b) Topolojik olarak birbirine karışmış (yani birbiri ardı sıra zamanla değişen bir sistemin faz uzayının üzerinde tanımlanan açık bölgelerin iç içe girmesi gerekmektedir); (c) Çok kararlılığı çağrıştıran, sistemin üzerinde dolaştığı erimli yörüngelerinin yoğun olması gerekmektedir. Beynin bağlantı tabanlı yaklaşımında öne sürelen savlar arasında gün geçtikçe daha çok anlaşmazlıkların meydan geldiği görülüyor. Örneğin nöronları mı yoksa nöron gruplarını mı ya da başka bir şey mi en küçük birim olarak değerlendirilecek. Ayrıca uyarı fonksiyonun tanımlanması konusunda ya da öğrenme algoritmalarının yapısı üzerinde anlaşmazlıklar vardır. Öğrenmede kısa dönemli belleği de açıklayacak olan bağlantı ağırlıkları zamanla nasıl değişiyor, sorusu üzerinde çalışılmaktadır. Ayrıca beyinde birbirine bağlanan basit birimlerden oluşan ağlar arasında ani süreçlerin yapısı üzerine çalışmalar devam etmektedir. Tek bir nöron seviyesinde üretilen kaotik örüntüler, iyon akımlarının gerilimle denetlenen kanal kinetiklerinin doğrusal olmayan yapısından kaynaklanır. Daha üst ölçekte, yani 23 mm3 hacim içine giren birkaç bin nörondan oluşan topluluklarda ise, kaos nöronlar arasındaki etkileşimden dolayı meydana gelir. Kaos, düşüncelerimizin gerçekleştiği yer olan bükümlü bir yapıda olan beyin zarımızı kapsayacak boyutta olursa, bu yapı konum ve zaman boyutundaki tümlevsel (integral) işlemlerde ortaya çıkar. Böyle bir yaklaşım, bize sistemin uzun dönemde bir kararlı duruma yerleşip yerleşmeyeceği sorusuna yanıt verdiği gibi sistemin uzun erimli davranışının başlangıç koşullarına bağlı olup olmadığı sorusuna da yanıt verebilmektedir. Ancak kaos, bir dinamik sistemi tanımlayan denklemlerin tam çözümlerine yanıt veremez. ECoG/EEG ölçümleri ile elde edilecek verilerin analizinde kaos ile gürültüyü birbirinden ayırt etmek konusunda yöntemsel güçlülükler vardır. Lyapunov üstelleri, parçalı (fraktal) boyutlar, entropiler, Schwarzian türevleri gibi yaklaşımlar kullanılmaktadır. Buna karşın Schwarzian türevinin negatif olma koşulu bize kaos ile ilgili genel bir karakteristik bulunmasında yardım edememektedir. Nöronlar kendini gruplar şeklinde organize etmektedirler, her birinin yaygınlık derecesi, bağlanma ve eşik yapıları farklılık gösterir. Her nöŞekil 1 ron organizasyonu, aralarında toplanarak daha üst ölçekte yinelenen organizasyonlar topluluğunu oluşturmaktadır. Son derece karmaşık davranışları açıklayan işlevsel dinamiklerin matematiksel olarak anlaşılması, insan bilincinin, psikolojisinin ve kültürünün nasıl olduğunun açıklanmasına yardım edebilir. Beyin dinamiklerini kuantum kuramı ile açıklamaya yönelik çalışmalar da yapılmıştır. Buna karşın, klasik doğrusal olmayan sistemlerle açıklanan kararlı ve tüm beyin üzerinde yaygın olarak bir süre oluşan birbirine benzeyen “uyumluluk” durumları, kuantum mekaniğinin doğrusal kuramı ile açıklanamamaktadır [Alwyn Scott]. Scott, fiziksel sistemlerde bilincin nasıl oluştuğunu ancak klasik doğrusal olmayan yaklaşımlarla açıklanabileceğini söylemektedir. Sonuç olarak, deneysel ölçümlerle, kuramsal modellerin birbirine yaklaşması son derece önemlidir. Daha gerçekçi matematik modeller ve daha ince ayrıntılı deneysel ölçümler, bize birçok hastalıkların ve davranışların anlaşılmasına, ilerde tüm insan beyninin bir bilgisayarda aynısını yapmaya yönelik yapay zekâ alanına uygulanmasına, yeni ilaçların bulunmasına (Şekil 1) ve biolojik beynimize doğrudan bağlanabilen cihazların geliştirilmesine olanak sağlayacaktır. Epilepside, son zamanlardaki yeni bulgulardan biri, hippocampal CA3 bölgesinde bulunan nöronların hücre zarı potansiyellerini aynı anda anormal olarak ateşlenmesi sonucu bir epileptik dinamik oluşmasıdır. Sinaptik engelleme, piramid şeklinde organize olan nöronların ateşleme yayınımını düzenler. Bazı ilaçlarla GABAA reseptörleri bloke edilerek sinaptik engelleme önlenmeye çalışılır. Engelleme kritik bir seviyenin altına inerse, tüm beyin üzerinde aniden bir eşzamanlamalı ateşleme yayınımı olduğu görülmüştür [1] Oxford Üniversitesi’nden ünlü beyin araştırıcısı Susan Greenfield [2], beyni elektronik olarak bire bir gerçekleştirmeyi düşünmenin, beynin kimyasını küçümsemek anlamına geldiğini savunmaktadır. Bugün insan beyni bir bilgisayar ile karşılaştırıldığında, dünyanın en güçlü bilgisayarı olarak kabul edilen ABD Enerji Bakanlığı’nda bulunan IBM BlueGene/L’ nin saat darbele