Kısa Sinir Fizyolojisi

Sinir hücrelerinin "elektrikle" çalı?tı?ı hemen herkesin malumudur. Sinir hücreleri, etraflarını çeviren zarlarda bulunan iyon (Sodyum, Potasyum, Kalsiyum vb. iyonları için geçirgen olan) kanalları sayesinde, hücre içi ve dı?ı arasındaki elektriksel potansiyelleri düzenleyerek aktivite gösterirler. Her bir sinir hücresi, son derece karma?ık, muhtemelen tamamen biyolojik kurallara dayanan ve henüz tam olarak anla?ılamamı? ve elektriksel etkinli?ini, girdi ve çıktılarına göre düzenleme yetene?ine sahip bir birimdir. Artık bir tek sinir hücresinin nasıl çalı?tı?ı, uyarıları nasıl alıp nasıl iletti?i hakkında pek çok bilgi mevcuttur. Evrenin parçalarına bölünerek anla?ılaca?ını kabul eden indirgemeci yakla?ımın, tüm bilimsel dü?üncedeki kayıtsız ?artsız hakimiyeti, hücresel faaliyetlerin en ince moleküler düzeylere kadar ara?tırılmasının, sinir ve di?er sistemlerin anla?ılmasındaki "tek" altın anahtar oldu?u sanrısının ortaya çıkmasına neden oldu (nöron doktrini) . Buna ba?lı olarak bizler de, hücrelerin içerdikleri moleküller ve bunların birbirleriyle olan karma?ık ili?kileri üzerine bir yı?ın bilgi sahibi olduk. Fakat halen, özellikle beynin yüksek fonksiyonları (bilinç, hafıza, entellektüel dü?ünce, karar verme, zeka vb.) konularında söyleyebileceklerimiz oldukça sınırlı ve doyurucu olmaktan henüz çok uzaktır.

Bu tip olguları açıklamaya çalı?an bilimciler, zamanla, tek tek sinir hücrelerinin faaliyetlerine bakılarak bir türlü açıklanamayan bu olayları, sinir hücrelerinin gruplar halindeki faaliyetlerine ba?lı oldu?unu farkettiler. Zaten sinir sistemi çalı?malarının ba?langıcından beri, (beyin fonksiyonlarının hücresel ba?lantılardan ortaya çıktı?ı yönündeki) ba?lantıcı (connectionist) kuram genellikle geçerlili?ini korumaktadır. Burada bahsedilen geli?me, ba?ta kuantum fizi?i ve kaos bilimi olmak üzere, fizi?in yeni dallarının ?a?ırtıcı bulgularının, canlı sistemlere de uygulanmaya ba?laması ile ortaya çıkan yeni bir anlayı? biçimidir. Özellikle, elektriksel osilasyonlar (salınımlar), hücre gruplarının ortak bo?alımları ve kaotik çekiciler gibi kavramların sinir bilimindeki fonksiyonel önemleri, gün geçtikçe daha bir önem kazanmaya ve daha fazla tartı?ılmaya ba?landı. Ülkemizde de Multidisipliner Beyin Dinami?i Ara?tırma Grubu adı altında TÜBİTAK bünyesinde faaliyet gösteren bir bilimci grubu, beyin dinamiklerini de?i?ik disiplinlerin verileri ı?ı?ında de?erlendirmeye ve daha kapsayıcı bir anlayı?a ula?mak üzere çalı?malarını sürdürmekteler.

Kaotik Sistemler

Kaotik dinamikler, kuantum fizi?i ile kol kola ilerleyen ilginç ve yeni bir ara?tırma alanı. Kaotik sistem, kısaca, "ba?langıç sartlarına hassas ba?lılık gösteren ve ölçülemeyecek karma?ıklıkta sistemler" olarak tanımlanabilir. Kısacası, ba?langıç ?artlarındaki ölçülemez derecede küçük bir de?i?iklik, sistemin gelecekteki durumunda ölçülemez ve çok büyük de?i?ikliklere neden olabilir (Pekin'de kanat çırpan bir kelebek, NewYork'da bir kasırgaya neden olabilir!) Bu, ?u demektir: Üzerinde bir milyon tane bilardo topu bulunan bir bilardo masası dü?ünelim. Bu masa üzerinde herhangi bir sürtünme kuvveti olmadı?ını ve ilk verilecek olan hareketin hiç durmadan ve çarpı?malarla azalmadan, toplar arasında aktarılaca?ını kabul edelim. Bilardo oyuncumuz, elindeki ıstaka ile, beyaz topa 1 kez vurup, tüm topları deliklere (önceden planladı?ı bir sıra ve rota ile) sokacaktır. Böyle bir durumda, yapılacak atı? 1 tanedir ve kesinlikle tek bir do?rultuda gerçekle?tirilmelidir. E?er, ilk vuru?ta, vurması gereken do?rultudan, santimetrenin milyarda biri kadar bile bir sapma yaparsa (ki bu mesafe oyuncumuzun algılama sınırının çok altındadır), -sözgelimi- daha yirminci çarpı?madan önce, tüm plan bozulacaktır ve istenen amaca ula?mak mümkün artık olamayacaktır. Sistemin (yani bilardo masasının ve üzerindeki topların) son durumu ise, artık kesinlikle tahmin edilemez olacaktır. İ?te böyle varsayımsal bir sistem, kaotik sistemlerin ba?langıç ko?ullarına olan hassas ba?lılı?ına güzel bir örnektir. Burada dikkat edilmesi gereken iki nokta var: Birincisi, sistemin gelecekteki durumunun ba?langıç ?artları ile çok sıkıca ba?lı olması. İkincisi ve daha önemlisi ise, sistem karma?ıkla?tıkça, sistemi kaotik duruma sokacak ba?langıç de?i?kenlerinin sayısında ve karma?ıklı?ında büyük bir artı? olması. Aslında bir milyon bilardo topu içeren bir masada bulunan topların hareketlerinin olu?turaca?ı karma?ıklık, son derece kaba bir örnektir. Biraz zorlanarak ve süper bilgisayarlar kullanarak, do?ru rotayı hesaplayabilirsiniz (yine de bu çok ama çok zor olacaktır). Fakat bir bardak dolusu suyu ve onu olu?turan molekülleri dü?ündü?ünüzde, devamlı titre?en trilyonlarca elemandan olu?an ve birbiri ile sürekli etkile?im halindeki bu su moleküllerinin hareketleri, kaotik bir sistemi anlamada daha iyi bir örnek olu?turabilir. Buradaki hareketler, aklımıza gelen-gelmeyen her türlü faktörden etkilenebilir ve sistemin son durumu, veya içindeki herhangi br molekülün "t" zaman sonra hangi konum ve pozisyonda olaca?ı tamamen belirsizdir.
Burada, özellikle dikkat edilmesi gereken son bir konu, kaos'un rasgelelik olmadı?ıdır. Kaotik sistemler, tüm girdileri de?erlendirip, ona göre nihai bir davranı? ortaya koyarlar. De?i?kenlerin çok sayıda olması, ortamı kaotik yapan temel etkendir. Kaotik terimi, insanın hesaplamaya muktedir olmadı?ı, son derece karma?ık, ama kendi iç düzenine sahip bir süreç olarak dü?ünülebilir. Kaotik hareketin, rasgele her durumu alamadı?ı, belli bir olasılıklar kümesi içerisinde cereyan etti?i ortaya konmu?tur (bkz: Kaotik Çekiciler). Yani kaos, aslında oldukça karma?ık bir "düzen"dir. Bu durum "deterministik (belirlenirci) kaos" olarak bilinir. Aynı zamanda nedeni ve seyri bilinemeyen, hesaplanamaz olan "stokastik (rastlantısal) kaos" kavramı da mevcuttur. Fakat bilimin ilgilendi?i daha ziyade deterministik kaosdur.
Dolayısıyla, kaotik sistemler için iki temel kural söyleyebiliriz:
1. Kaotik sistemler (biz belirleyemesek de) içkin bir düzene uyarlar, rasgele de?ildirler.
2. Kaotik sistemler, ba?langı? ?artlarına çok hassas bir biçimde ba?ımlıdırlar.

Kaos ve Kaotik Çekiciler

Kaotik sistemler, sadece dü? gücü ürünü olarak üretilmi? veya laboratuvar ?artlarında olu?turulabilen sistemler de?ildir. Evren tamamiyle kaotiktir. "En iyi bilinen mekanizma" diye nitelenen olaylarda bile, kaotik dinamiklerin rolünü göz ardı edemeyiz. Herhangi bir ta?la yapılan basit (?) bir serbest dü?me deneyi bile, evrendeki tüm kuvvetlerle ilgili olarak, belirsiz bir hesap hatasıyla sonuçlanacaktır. Çünkü, kütlelerle do?ru, aradaki uzaklı?ın karesi ile ters orantılı olarak, Andromeda galaksisindeki küçük bir meteorit, bizim ta?ımıza bir çekim kuvveti uygulamaktadır. Ama elbette ki, bu de?i?kenlerin tümünü hesaba dahil etmek, insanın yapabilece?i bir ?ey de?ildir. Bizim ?ansımız, ölçüm yöntemlerimizin, evrenin ince ve narin dokusuna göre oldukça kaba olması ve (evrensel etkile?imlere oranla) çok kaba sonuçlarla yetinebiliyor olmamızdır.
Bir ta?ı elimizden bıraktı?ımızda, onun yere dü?mesini, dünya üzerindeyken bir kural olarak algılarız ve hep bunu bekleriz. Oysa durum bundan biraz farklıdır. Sistem bile?enleri, tüm etkile?imler göz önüne alındı?ında, bir olasılıklar yuma?ı içinde sürüklenir ve o anki kuantum durumu için geçerli olasılı?a do?ru bir "çökme" gerçekle?ir. Yani artık kesin kurallar de?il, olasılıklar söz konusudur. Elimizdeki ta?ın, üzerine etkiyen de?i?ik kuvvet kaynaklarının varlı?ına ba?lı olarak, uzayın her yönüne hareket etme ve hatta parçalanıp da?ılma "?ansı" vardır. Fakat, elden bırakma ve dü?me süreci boyunca, tüm karma?ık kuvvetlerin toplamı olan net kuvvet, "genellikle" ta?ı yere do?ru indirir. Bu durumda biz de genel olarak geçerli bir "serbest dü?me yasası"ndan bahsedebiliriz.
Fakat bir çok sistem (özellikle de canlı sistemler), böyle davranmazlar. Akan bir nehirdeki su, dü?ünen bir insanın beynindeki elektrik akımları, bir jet uça?ının motorundan çıkan hava veya kan hücrelerinin vücudu savunmadaki tepkileri, önceden kesin olarak tahmin edilemeyen bile?enler içerir. Kaotik sistemlere ilk dikkat çeken ki?i Lorenz adlı bir meteorologdur. Kendisi, 1960 yılında, hava tahminleri yapmak için kullandı?ı bilgisayarda, ba?langıç verilerini (bir ihmal sonucu) hafifçe de?i?tirdi?inde ortaya çıkan anlamlı sonuç de?i?iklikleriyle ?a?kına dönmü?tü. Bu, kaotik sistemler fikrinin ilk ortaya çıkı?ına öncülük eden bulgu oldu. Daha sonra Lorenz, kaotik sistemlerin belli sınırlar içerisinde de?i?im gösterdi?ini ve bu sınırlar içerisindeki hareketlerinin belirlenemez oldu?unu gördü. İ?te kaotik sistemleri kendi taraflarına çeken bu olasılık odaklarına "kaotik çekiciler" adı verildi. Bu çekiciler (garip çekiciler de denir), grafik gösterimlerle izah edilebilmektedirler. Bunların ?ekil olarak belki de en ünlüsü, kelebek biçimli Lorenz çekicisidir.


Lorenz Çekicisi


Bu "çekici" aslında bir grafik gösterimden ibarettir. Sarı çizgiler, sistemin durumunun faz uzayı (yani grafik alanı; muhtemel tüm durumlar) içindeki zamana ba?lı evrimini göstermektedir. Bu tip bir çekicide, sistemin elemanları, iki büyük olasılık kümesi arasında gidip gelirler (sarı çizgilerin çevresinde dolandı?ı odaklar). Bu olasılık kümeleri içinde veya çevresinde nasıl bir davranı? gösterecekleri bilinmezken, sistem tamamen belli sınırlar içinde (yani ?ekilde, sarı renkli çizgilerden olu?an alanda) hareket eder. Sadece, hangi olasılıklar içinde hareket edece?i bellidir, kesin hareket rotası önceden bilinemez. İ?te o yüzden, iki-üç günden daha ileriye dönük "kesin" hava tahminleri yapmak hala mümkün de?ildir; veya, halihazırdaki de?i?kenlerden yola çıkarak, herhangi bir ülkede ya?ayan insan topluluklarının zaman içinde nasıl bir de?i?im göstereceklerini aynıyla tahmin edemezsiniz. Çünkü tüm rota ba?langıç ?artlarına hassas bir ?ekilde ba?lıdır. Yapaca?ınız tahminin kendisi bile rotayı etkileyebilir! (Kaotik bir dünya görü?ü nasıl bir ?eydir derseniz, buraya bakabilirsiniz...)
?imdi de bu verilerin, sinir bilimleri için ne anlam ifade etti?ine ve bu dala ne gibi yeni yorumlar getirebilece?ine kısaca bakalım...

Beğeniler: 0
Favoriler: 0
İzlenmeler: 913
favori
like
share
elma kurdu Tarih: 20.06.2008 18:14
paylşaım için saol