Beynimiz Elektrikle mi Çalışıyor?
Bir düşünce nasıl oluşur? Bir hareketi nasıl başlatır ya da bir anıyı nasıl hatırlarız? Bu soruların yanıtı, beynimizde sürekli işleyen bir iletişim ağıyla ilgilidir. Bu ağda bilgi, elektriksel ve kimyasal sinyaller aracılığıyla iletilir.
Ktsimage/iStockphoto.com
Beynimiz gerçekten elektrikle çalışır. Ancak bu elektrik, evlerimizde kullandığımız yüksek voltajlı akımdan çok farklıdır. Beyinde oluşan sinyaller son derece küçük, hassas ve çok kısa sürelidir.
İtalyan bilim insanı Luigi Galvani, 18. yüzyılda yaptığı deneylerde kurbağa bacaklarının elektrikle uyarıldığında kasıldığını gözlemledi. Bu basit ama çarpıcı gözlem, canlı dokuların elektriksel özelliklere sahip olduğunu gösteren ilk önemli kanıtlardan biriydi. Bugün beynin elektriksel yapısını anlamamıza uzanan araştırmaların temeli de bu tür çalışmalarla atıldı.
Grafissimo/iStockphoto.com
Luigi Galvani, kurbağa kaslarının elektriksel uyarı ile kasıldığını göstererek canlı dokuların elektriksel özelliklere sahip olduğunu ortaya koydu. Bu çalışmalar, elektrofizyolojinin temellerinin atılmasına önemli katkılar sağladı.
Beynimizde nasıl bir iletişim ağı var?
Yetişkin bir insan beyni yaklaşık 1,5 kilogram ağırlığındadır ve yaklaşık 86 milyar nöron içerir. Üstelik her bir nöron, diğer nöronlarla binlerce bağlantı kurabilir. Bu yoğun bağlantı ağı, beynin son derece hızlı ve karmaşık işlemler gerçekleştirmesini sağlar.
Bir nöron uyarıldığında, hücre zarında çok kısa süreli bir elektrik değişimi meydana gelir. Buna aksiyon potansiyeli denir. Bu elektriksel sinyal, nöron boyunca ilerler. Ancak sinyalin bir nörondan diğerine aktarılması yalnızca elektrikle gerçekleşmez. Nöronlar arasındaki özelleşmiş bağlantı noktalarına sinaps adı verilir. Bu bölgede sinyal, kimyasal maddeler aracılığıyla iletilir. Nörondan salınan kimyasal maddeler, karşı taraftaki alıcılara (reseptörlere) bağlanarak yeni bir elektriksel sinyalin oluşmasını sağlar.
Bu süreci bir domino dizisine benzetebiliriz. Bir taş devrildiğinde diğerlerini de harekete geçirir. Beyinde de bir nöronun etkinliği, onun bağlı olduğu diğer nöronları tetikleyerek bilginin ağ boyunca ilerlemesini sağlar. Ancak beynin çalışma biçimi tek bir güçlü sinyalden ibaret değildir. Düşüncelerimiz, hareketlerimiz ve anılarımız milyarlarca küçük sinyalin uyum içinde çalışmasıyla ortaya çıkar.
Peki neden elektrik?
Elektriksel sinyaller, biyolojik sistemlerde bilgi iletimi için son derece hızlı bir aktarım yoludur. Bu sayede beyin, aynı anda çok sayıda işlemi koordine edebilir. Ancak bu hız, tek başına yeterli değildir. Kimyasal sinyaller de bu sürecin önemli bir parçasıdır. Elektriksel ve kimyasal iletişimin birlikte çalışması, beynin hem hızlı hem de esnek bir şekilde işlev görmesini sağlar.
Doğanın elektrik ustaları: Elektrikli Yılan Balıklar
Elektrik yalnızca insan beynine özgü değildir; doğada bu sistemi çok daha çarpıcı biçimde kullanan canlılar da vardır. Örneğin elektrikli yılan balıkları, vücutlarındaki özel hücreler sayesinde yüksek voltajlı elektrik üreterek avlanabilir ya da kendilerini savunabilirler. Ancak bu durum, beynimizdeki elektriksel süreçlerle aynı değildir. Beynimizdeki elektrik sinyalleri son derece düşük şiddettedir ve amacı fiziksel bir etki oluşturmak değil, hücreler arasında bilgi iletmektir.
Clay_Harrison/iStockphoto.com
Elektrikli yılan balıkları (Electrophorus electricus), vücutlarındaki özel hücreler sayesinde yüksek voltajlı elektrik üretebilir. Bu elektriksel yetenek, avlanma ve savunma amacıyla kullanılır. Bu canlılar, elektriksel iletişimin doğadaki güçlü örneklerinden biridir.
Beyne dışarıdan elektrik verilebilir mi?
Bilim insanları, beynin bu elektriksel yapısından yararlanarak bazı yöntemler geliştirmiştir. Bunlardan biri transkraniyal doğru akım stimülasyonu (Transcranial Direct Current Stimulation, tDCS) olarak adlandırılır. Bu yöntemde, kafa derisine yerleştirilen elektrotlar aracılığıyla beyne çok düşük şiddette bir elektrik akımı uygulanır. Bu akım nöronları doğrudan çalıştırmaz. Bunun yerine onların uyarılabilirliğini değiştirir. Yani beynin çalışma düzenini doğrudan kontrol etmekten ziyade onu dolaylı olarak etkiler.
Bu yöntemde genellikle 1–2 miliamper gibi çok düşük akımlar kullanılır. Bu düzeydeki akım genellikle yalnızca hafif bir karıncalanma hissi oluşturur.
tDCS yöntemi ne işe yarar?
Son yıllarda yapılan bilimsel çalışmalar, tDCS’nin dikkat, öğrenme, çalışma belleği ve motor beceriler gibi bazı işlevler üzerinde etkili olabileceğini gösteriyor.
Bu tür uyarımların, sinir hücreleri arasındaki iletişimde rol oynayan bazı biyolojik süreçleri etkileyebildiği düşünülüyor. Ancak bu alandaki araştırmalar hâlâ devam ediyor ve yöntemin etkileri konusunda kesin sonuçlara ulaşılmış değildir.
Beyne bilgi yüklemek mümkün mü?
Bilim kurgu filmlerinde sıkça karşımıza çıkan “beyne bilgi yükleme” fikri bir hayli ilgi çekicidir. Ancak günümüzdeki bilimsel bilgiler, bunun mümkün olmadığını gösteriyor.
Beyin, bir bilgisayar gibi dışarıdan veri yüklenebilen bir sistem değildir. Öğrenme, zaman içinde sinir hücreleri arasındaki bağlantıların değişmesiyle gerçekleşen biyolojik bir süreçtir.
Sonuç olarak, beynimiz elektrikle çalışır ancak bu, basit bir elektrik devresi gibi işlediği anlamına gelmez. Elektriksel ve kimyasal sinyallerin birlikte oluşturduğu karmaşık bir iletişim ağı sayesinde düşünür, hisseder ve hareket ederiz. Bu sistemi anlamaya çalıştıkça beynin ne kadar karmaşık bir sistem olduğunu da daha iyi kavrıyoruz.
Yazar Hakkında:
Doç. Dr. Güven Akçay
Bolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi Tıp Fakültesi, Biyofizik Anabilim Dalı
