Katalog

www.iku.edu.tr BİLİM KÜLTÜR VE EĞİTİM EEG Beyin dalgalarının gizemini spektrumlarla çözmek Elektroensefalografi (EEG) insan saçlı derisi üzerinden ilk olarak 1929’da Alman psikiyatrist Hans Berger tarafından kaydedildiğinde kendisi EEG dalgalarının insan beynini anlamada önemli bir yöntem olarak kullanılabileceğini ön gürdü (1929). 1960 yılına kadar bu düşünce geçerliliğini korusa da 1960–1980 yılları arasında EEG aslında bir gürültüdür anlayışı kabul görüyordu. 1980’den günümüze geçen süre içerisinde yapılan araştırmalar ise EEG sinyallerinin bir gürültü olmadığını ve beyni anlamada önemli bir yöntem olduğunu ortaya koydu. Doç. Dr. Bahar Güntekin İstanbul Kültür Üniversitesi Beyin Dinamiği Kognisyon ve Karmaşık Sistemler Araştırma Merkezi Peki nedir EEG? Bizlere beyin fonksiyonları ile ilgili ne gösterebilir ne gösteremez? EEG sinyallerini insan kendi isteği ile değiştirebilir mi? Eğer değiştirebilirse bu sinyallerle neler yapabilir? EEG beynin elektriksel aktivitesini ölçen yöntem ve cihazdır. Beynin içerisinde milyarlarca sinir hücresinin ortak aktivitesi sonucu açığa çıkan elektriksel aktivite insan saçlı derisi üzerine takılan elektrotlarla ölçülebilir. Klinikte sıklıkla epilepsi tanısında kullanılsa da dünyada birçok laboratuvarda ve ülkemizde birkaç laboratuvarda beynin dinamik yapısını ve bilişsel süreçlerini anlamada önemli bir yöntem olarak kullanılmaktadır. EEG sinyalleri karmaşık nonlinear sinyallerdir ancak farklı matematiksel yöntemlerle araştırılmaları mümkündür. EEG ile yapılan çalışmalarda birçok disiplin bir arada çalışır, elektrofizyologlar, nörologlar, psikiyatristler, psikologlar, sinirbilimciler, biyofizikçiler, matematikçiler ve mühendisler birlikte çalışarak bu karmaşık sinyalin gizemini araştırırlar. Yapılan araştırmalar bir yandan beynin fonksiyonel yapısına ışık tutarken bir yandan da açığa çıkan sonuçlar bu karmaşık elektriksel sinyaller hakkında araştırıcılara bilgiler sunar. FREKANSLARA AYIRMAK EEG sinyallerini hızlı fourier transformu, wavelet transformu gibi yöntemlerle frekanslarına ayırmak mümkündür. Hans Berger’in daha henüz ilk EEG kayıtlarında gördüğü alfa (813 Hz) ve beta (1530 Hz) frekanslarının yanı sıra EEG’de delta (0.53,5 Hz) ve teta (47 Hz) yavaş frekansları ile gamma (2848 Hz) hızlı frekans dalgaları da görülür. Her ne kadar klasik kitaplarda delta ve teta’nın yavaş uyku ve patolojilerle, alfa’nın istirahat durumunda ve gözlerin kapalı olduğu anda, beta’nın ise aktif endişeli düşünme gibi sü nun araştırmaları ile başlamış ve Erol Başar’ın 1980’de yayınladığı EEGBrain Dynamics kitabı bu konuda yazılan öncü kitaplardan biri olarak dünya literatüründeki yerini almıştır. 1990 yılından sonra EEGbeyin dalgalarını kullanarak beyin fonksiyonlarını anlama çalışmaları tüm dünyada hız kazanmış ve konu ile ilgili binlerce yayın yapılmıştır. UYGULAMA ALANLARI İstanbul Kültür Üniversitesi Beyin Dinamiği Araştırma Merkezi Laboratuvarı. reçlerle bağlantılı olduğu yazılsa da aslında beyin dalgalarının arkasındaki gizem hala çözülmemiştir. Belki de bu konuda en büyük yanlış her bir frekansı bir beyin fonksiyonu ile ilişkilendirmeye çalışmaktır. BAŞAR’IN EEG BEYİN DALGALARI TEORİSİ Erol Başar’ın EEGBeyin Dalgaları Teorisi’ne göre (1998, 1999) aslında her bir frekans bir beyin fonksiyonunu tanımlamaz, aksine bir beyin fonksiyonu sırasında aynı anda farklı beyin bölgelerinde delta, teta, alfa, beta ve gamma birlikte bulanabilirler. Belirli bir fonksiyon için delta beynin ön bölgelerinde yükselirken, alfa arka bölgelerinde yükselebilir. Üstelik bu frekansların birbirleri ile bağlantıları da vardır. Örneğin delta frekansı beta ve gamma ile aynı zamanda açığa çıkabileceği gibi teta frekansı da gamma ile üst üste binmiş şekilde görülebilir (Demiralp ve ark.) İşte bu frekansların birbirleri ile karmaşık ilişkileri ve farklı elektrotlar altından alınan kayıtların yani topolojinin farklılık göstermesi ile oldukça karmaşık bir yapı ortaya çıkar. Bu aşamada sinirbilimcilerin iyi matematikçilere ve mühendislere ihtiyaçları vardır. Bu gözlemledikleri karmaşık ilişkileri sayılara döküp anlamlandırabilmek için. EEG BEYİN DALGALARI NASIL DEĞİŞİR? Bu karmaşık EEGbeyin dalgalarının beyin fonksiyonları sırasında nasıl değiştiğine dair ilk çalışmalar aslında ilk olarak Türkiye’de Hacettepe Üniversitesi’nde Erol Başar’ın grubu Günümüzde EEG beyin dalgalarının sadece epilepside değil hafif kognitif bozukluk, Alzheimer hastalığı, iki uçlu duygu durum bozukluğu, şizofreni, Parkinson hastalığı gibi hastalıklarda da değişiklik gösterdiği saptanmıştır (Başar ve Güntekin 2013). Bu hastalıkların erken tanılarının konabilmesi için yapılan çalışmalar disiplinlerarası boyutta devam etmektedir. Bugüne kadar elde edilen sonuçların iyi mühendislerin ekiplere katılımları ile klinikte hekimler tarafından kullanılabilecek yazılımlara dönüştürülmesi çalışmaları sürdürülmektedir. yaparken kişiye EEGbeyin dalgalarını nasıl değiştirebileceğini öğretmek dışında bilgisayara o kişinin komut verdiğinde EEGbeyin dalgalarının nasıl değiştiğini öğretmek de yöntem olarak kullanılmaktadır. EEGbeyin dalgalarının gizemi spektrumlarla ve daha farklı matematiksel yöntemlerle çözüldükçe yeni uygulama alanları ortaya çıkmaktadır. İnsanların gördükleri bir resmi beğenip beğenmedikleri, negatif ya da pozitif hissedip hissetmedikleri sorgulanıp bu sırada açığa beyin dalgaları ile ilişkileri rahatlıkla tespit edilmektedir(Güntekin ve Başar 2014). Bu araştırmaların çoğu kişilerin EEG kayıtları çekilirken kişilere verilen uyaranlarla EEG’de açığa çıkan değişiklikleri incelemek yolu ile yapılmaktadır. Bu konuda yapılan çalışmalar arttıkça birçok sorunun cevabı da yanında gelecektir. Bu büyük çalışma alanında bir yandan hayvan denemeleri ile ilaç çalışmaları yürütülmekte diğer yandan bilim adamları farklı patolojilerde EEGbeyin dalgalarının nasıl değiştiğini araştırmaktadır. Duygusal süreçlerden nöropazarlama gibi farklı alanlardaki uygulamalarına, EEGbiyofeedback ile insanbilgisayar iletişim ağlarının kurulması gibi çok farklı alan uygulamaları ile EEGbeyin dalgaları araştırmaları bir yandan hayvan ve insan beyinlerini anlamamıza yardımcı olurken diğer yandan içersindeki gizemleri çözmemize olanak tanımaktadır. Öyle görünüyor ki EEG bir gürültü değildir ve içerisinde önemli bilgiler saklamaktadır ve EEG ile yapılan araştırmalar 1990’lardan sonra ivme kazandığından her geçen yıl kendisine yeni uygulama alanları bularak artacak gibi gözükmektedir. Bizler de her bilimsel alanda olduğu gibi bu çalışmaları büyük bir merak ve sabır ile izliyor ve gerçekleştiriyor olacağız. Kaynaklar: Başar, E., 1980. EEG–Brain Dynamics. Relation between EEG and Brain Evoked Potentials. Elsevier, Amsterdam (412 pp.). Başar, E., 1998. Brain Function and Oscillations. I. Brain Oscillations: Principles and Approaches. Springer, Berlin, Heidelberg. Başar, E., 1999. Brain function and oscillations. II. Integrative brain function. Neurophysiology and Cognitive Processes. Springer, Berlin, Heidelberg. Başar, E., Güntekin, B., 2013. Review of delta, theta, alpha, beta, and gamma response oscillations in neuropsychiatric disorders. Suppl. Clin. Neurophysiol. 62, 303–341. Başar, E., Güntekin, B., Atagün, İ., TurpGölbaşı, B., Tülay, E., Özerdem, A., 2012. Brain’s alpha activity is highly reduced in euthymic bipolar disorder patients. Cogn. Neurodyn. 6 (1), 11–20. Demiralp T, Bayraktaroglu Z, Lenz D, Junge S, Busch NA, Maess B, Ergen M, Herrmann CS. Gamma amplitudes are coupled to theta phase in human EEG during visual perception. Int J Psychophysiol 64: 24–30, 2007. Güntekin, B., Başar, E., 2014. A review of brain oscillations in perception of faces and emotional pictures. Neuropsychologia 58, 33–51. Birçok hastalık da olduğu gibi iki uçlu duygu durum bozukluğu olan hastalarda da alfa dalgaları bozulur. Şekiller 18 kişinin ortalaması alınarak elde edilmiştir (Şekil Başar ve ark.2012’den modifiye edilmiştir). EEGBİYOFEEDBACK UYGULAMALARI Bunların dışında EEG biyofeedback uygulamaları denen uygulamalar ile insanlara EEG beyin sinyallerini nasıl değiştirebilecekleri öğretilmekte bu sayede kişiler robot kolları, bilgisayar ekranındaki okları sadece EEGbeyin dalgalarını kullanarak oynatabilmektedir. Bunu