İnsan Beyninde Gizemli Spiral Sinyaller Tespit Edildi

İnsan Beyninde Gizemli Spiral Sinyaller Tespit Edildi

İnsan beyninin birçok katmanı vardır. Buruşuk dış yüzeyinden en karanlık derinliklerine kadar, bilim insanları hepsini anlamaya çalışıyor. Ancak beynin karmaşık sinirsel devrelerine odaklanırken, yüzeyin altında dönen faaliyet modellerini gözden kaçırıyorlar gibi görünüyor.

Avustralya’daki Sydney Üniversitesi ve Çin’deki Fudan Üniversitesi’nden akışkan fizikçilerden oluşan bir ekip, 100 genç insanın beyin taramalarında, beyindeki sinir dokusunun en dış katmanı olan kortekste dalgalanan beyin sinyalleri buldu. Bu sinyaller, akan bir küvetin girdapları veya türbülans kasırgaları gibi kendiliğinden oluşan spiraller halinde düzenlenmiştir.

Sydney Üniversitesi’nde fizikçi olan başyazar Pring Gong, “Spirallerin bilişsel işlemlerle nasıl ilişkili olduğunu anlayabilirsek, beyin dinamikleri ve işlevi konusundaki anlayışımızı büyük ölçüde geliştirebiliriz” diyor.

Serebral korteks, beynin iki yarım küresi üzerinde katlanan nöronal yoğun dokunun buruşuk dış tabakasıdır ve dil ve hafıza depolama gibi karmaşık bilişsel işlevlerin hesaplanmasından sorumludur.

Sinirbilimciler, korteks gibi alanların iç yapısını anlamak için beyin aktivitesini aşağıdan yukarıya doğru haritalamaya odaklanmışlardır.

İlginç bir şekilde ekip, Human Connectome projesinde toplanan beyin görüntüleme verilerini, türbülanslı akışlardaki karmaşık dalga modellerini inceleyen akışkan fizikçilerinin en aşina olduğu şekilde analiz etti.

Fonksiyonel MRI taramaları, beynin ne zaman ve nerede oksijenli kan patlamalarıyla ‘aydınlandığını’ gösteren görüntüleme verileri üretir. Kaleydoskopik dalgalara ve yönlü girdaplara benzeyen verilerde tanımlanan spiral desenler, bir hava durumu haritasındaki dairesel basınç çizgilerini andırıyor.

Gong, “Bu girdap desenleri, faz tekilliği olarak bilinen merkezi bir nokta etrafında dönerek beyin yüzeyi boyunca hareket eden karmaşık ve girift dinamikler gösteriyor” diye açıklıyor.

“Türbülans içinde hareket eden girdaplar gibi, spiraller de karmaşık etkileşimler yoluyla beynin karmaşık faaliyetlerinin düzenlenmesinde önemli bir rol oynuyor.

Görsel, işitsel ve somatosensoriyel korteksler gibi duyusal girdiyi işleyen beynin yerel bölgelerinde dolaşan ritmik spiral dalgalar daha önce sinir devrelerinde tespit edilmişti. Özellikle vücutta ve doğanın başka yerlerinde türbülanslı girdapların gözlemlendiği düşünüldüğünde, bu tür gezici dalgalar hücresel düzeyde yeterince ilgi çekicidir. Bunlar arasında yüzen bakteri süspansiyonları, kalpteki biyokimyasal sinyaller ve canlı hücrelerin zarları sayılabilir.

Bununla birlikte, girdap benzeri dalgaların korteks boyunca nasıl üretildiği araştırılmamış ve her bölgedeki beyin işlevinin nasıl ilişkili olduğuna dair anlayışımızda bir boşluk bırakmıştır.

Spiral dalgalar, birbirine bağlı çok sayıda hücresel ağı kapsıyor ve anatomik olarak kesin konumlarda yer alıyor gibi görünüyordu, bu da beyin aktivitesinin koordinasyonunda bir rol oynayabileceklerini düşündürüyordu.

Bu çalışma teorisi, beyin spirallerinin dil işleme ve bir hikaye dinleme veya matematik problemini cevaplama gibi çalışma belleği görevleri sırasında yön değiştirdiğini ve beyin aktivitesini yeniden düzenlediğini ortaya koyan daha ileri analizlerle test edildi.

Sydney Üniversitesi’nde fizik yüksek lisans öğrencisi olan Eben Hsu, “Bu beyin spirallerinin en önemli özelliklerinden biri, genellikle beyindeki farklı işlevsel ağları ayıran sınırlarda meydana gelmeleridir” diyor.

Araştırmacılar, bu konumlarda dönen spirallerin kapı görevi gördüğünü, dönüş yönü ters ise beyin aktivitesinin farklı alanlara akmasına izin verdiğini ve dönüş aynı yöndeyse duvar görevi görerek aktiviteyi engellediğini düşünüyor.

Xu, “Dönme hareketleri sayesinde, bu ağlar arasındaki aktivite akışını etkin bir şekilde koordine ediyorlar” diyor.

Bu bulgu, karmaşık beyin fonksiyonlarının tek tek hücrelerin ateşleme aktivitesinden nasıl ortaya çıktığına dair bir başka teoriye uyuyor. Bu teoriye göre, beyin aktivitesinin dalga benzeri kalıpları, beynin ara bağlantılarından ziyade beynin şekli (kıvrımları, olukları ve konturları) tarafından şekillendirilir.

Tokushima Üniversitesi’nde nörobiyolog olan ve çalışmaya katılmayan Kentaro Takagaki, Gong ve meslektaşlarının bulgularının, korteksin bilgiyi bloklar halinde işleyen nöron sıraları olarak nasıl organize edildiğini açıklayan beynin sütun hipoteziyle de ‘keskin bir tezat’ oluşturduğunu söyledi.

Bununla birlikte, çalışmada kullanılan fMRI kayıtları sadece yavaş hareket eden beyin aktivitesi dalgalarını yakaladı, bu nedenle benzer modellerin daha hızlı EEG salınımlarında veya daha yüksek çözünürlüklü taramalarda ortaya çıkıp çıkmadığını görmek için daha fazla araştırmaya ihtiyaç var. Gong, “Beyin aktivitesinin gizemlerini çözerek ve koordinasyonunu yöneten mekanizmaları ortaya çıkararak, biliş ve beyin işlevi anlayışımızın tam potansiyelini ortaya çıkarmaya daha yakınız” diyor.

Derleyen: Deniz KAFKAS

Kaynak: İnsan Beyninde Gizemli Spiral Sinyaller Tespit Edildi

MIT Mühendisleri, Beyin ve Bağırsak Arasındaki Bağlantıyı Çözmek İçin Yeni Bir Teknoloji Geliştirdi