Beynimizin haritası

20. yüzyılın başlarında başlayan insan beyniyle ilgili bilgi edinme süreci 1980’li yıllarda süperiletkenlerle yapılan cihazların tıpta uygulama alanı bulmasıyla hız kazanmıştır. Süperiletkenlik kısaca elektrik akımının herhangi bir ortamda kayıpsız bir şekilde iletilmesi olarak tanımlanabilir.  Bilimdeki bu ilerlemeyle insan beyni ve işleme mekanizmalarıyla ile ilgili birçok bilginin elde edilmesi teknolojik olarak mümkün olmuştur.

Süperiletkenlik teknolojisinin kullanıldığı Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRG) ve Manyetik Rezonans Spektroskopisi (MRS) yöntemleriyle, başta merkezi sinir sistemi bozuklukları olmak üzere beyindeki geçici ve uzun dönem hafıza bölgeleri, duygusal ve fiziksel devinimlerin yarattığı değişimler ve birçok kusurların,  hastalıkların canlıya zarar vermeden erken teşhisi yapılabilmektedir. Şekil 1’de manyetik rezonans görüntüleme tekniğiyle elde edilmiş yetişkin bir insana ait baş resmi görülmektedir.

Şekil 1. MRG yöntemiyle elde edilmiş yetişkin bir insanın baş resmi [1].

Teknolojinin tıpta kullanılması sonucu beynin haritasının çıkarılma işlemi gerçekleştirilmiştir. Beynin hangi bölgelerinin nelerden sorumlu olduğu böylece anlaşılarak Şekil 2’deki gibi bir şema ortaya çıkar [2].

Şekil 2. İnsan beyninin haritası [3]

Bilindiği gibi, insan hücrelerindeki fonksiyonlar sodyum, potasyum ve klor iyonlarının yer değiştirmesiyle oluşmaktadır. Bu yer değiştirme, (biyoelektrik) akım olarak kendini göstermekte ve bundan dolayı da manyetik alan oluşturmaktadır. Ayrıca, insan bedenindeki gerek kan gerekse hücre zarındaki giriş çıkışlar ve beyin aktivitelerinden ortaya çıkan akışlar da manyetik alan oluşturmaktadırlar (Şekil 3). Beyinde meydana gelen biyomanyetik alan Manyetoansefalografi (MEG) kalpte meydana gelen manyetik değişimler ise Elektrokardiyografi (EKG) ile daha hassas ölçümler ise MRG ve MRS cihazlarıyla saptanabilmektedir.

Şekil 3.Beyin hücresinin (nöron) resmi. Hücreler arası bilgi iletimi elektriksel yolla olmaktadır.

Manyetik Rezonans cihazlarında bulunan SQUID (Superconducting Quantum Interference Device, Süperiletken Kuantum Girişim cihazı) yardımıyla 10-14 Tesla’dan (femtotesla) daha küçük alanlar tespit edilebilmektedir. Hissedilemeyecek kadar küçük olan yerin manyetik alanının 0,5.10-4 T, kalbin biyomanyetik alanının 10-10 T, beyninkinin ise 10-13 T olduğu göz önüne alınırsa, SQUID yardımıyla ölçülen manyetik alan değişimlerinin ne kadar güvenilir bir şekilde saptandığı anlaşılabilmektedir [4,5]. Şekil 4’te çeşitli biyomanyetik alanların yerin, çevreden gelen gürültülerin [6] ve MR cihazının manyetik alan değerleriyle kıyaslanması şematik olarak verilmektedir.

 

Şekil 4.Çeşitli biyomanyetik alanların şiddeti.

Örneğin, tanıdık bir yüz görüldüğünde beyinde oluşan metabolik aktivite ile tanıdık olmayan bir nesne karşısında beynin verdiği cevap arasında 10-32 Joule kadar çok düşük bir enerji farkı vardır. Bu kadar düşük bir enerji farkı ise ancak SQUID tarafından tespit edilebilmektedir. Başka bir deyişle, hücre bazında meydana gelebilecek enzimsel, nörolojik her türlü metabolik değişim süperiletken cihaz tarafından tespit edilebilmektedir. Bu bağlamda MRS tekniğiyle, baş ve boyunda oluşan tümörler, radrasyon hasarları, Alzheimer, Parkinson, şizofreni gibi çeşitli hastalıklar canlıya zarar vermeden, ameliyatsız bir şekilde erken teşhis edilebilmektedir. Şekil 5’te hastanelerde kullanılan 3 Teslalık bir MR cihazı gösterilmektedir.

Şekil 5.3 Teslalık klinik bir MR cihazı [7].

İnsan beyninin aktivitesi 0,5 ile yaklaşık 12 Hz aralığında beyin dalgalarının üretilmesine neden olur. Yeni doğan bebeklerde saniyede yaklaşık 3 kez olan bu titreşim, yetişkinlerde uyanık ve huzurluyken yaklaşık 5 Hz olmakta, stres ve diğer faktörler eklendikçe 12 Hz’e kadar çıkabilmektedir. Yetişkinlerde derin uyku halinde ise 1 Hz’e kadar inebilmektedir. Daha geniş bilgi için [8,9,10] referanslarına bakınız. Beyin dalgalarının sadece manyetik nitelikte dalgalar olmasına rağmen, frekans aralığının zihinlerde daha kolay anlaşılabilmesi için elektromanyetik spektrumda geçerli olabilecek yeri Şekil 6’da gösterilmektedir.

 

Şekil 6.Beyin dalgalarının elektromanyetik spektrumda geçerli olabilecek yer [11].

Bilimin ışığında elde edilen tüm bu bilgilerden hareketle süregelecek gelişmelerin insanlığa fayda getirmesi temennilerimizle…  

Doç. Dr. Özden Aslan Çataltepe

 

Kaynaklar:
[1]http://encarta.msn.com/media_461555006_761579758__1/Magnetic_Resonance_Imaging_Scan.html
[2]http://www.donusumkonagi.net/ makale.asp?id=2869&baslik=beyin_haritasi_ve_depresyon
[3]http://www.time.com/time/magazine/article/0,9171,1580416,00.html
[4] S.Kuriki, Y.Mizutani ve Y.Isobe, Neuromagnetic fields measured with SQUID, Research Inst.of Applied Electronics, Hokkaido Univ.Japan.
[5]D.Cohen, Measurements of magnetic field produced by human hearth, brain and lungs, Magnetics, IEEE Transactions on, Vol11, issue2, 1975, 694-700.
[6]http://www.biltek.tubitak.gov.tr/sandik/gsm.pdf
[7] http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_resonance_imaging
[8] www.dicle.edu.tr/~dasdag/cepkon.ppt
[9] http://hypertextbook.com/facts/2004/SamanthaCharles.shtml
[10] http://www.brown.edu/Departments/Clinical_Neurosciences/louis/eegfreq.html
[11]http://picasaweb.google.com/mgmirkin/Physics/photo#5123090600771323026