Çalışan bir sinir sistemi oluşturmak için, sadece iki kuvvet gereklidir: uyarma ve ketleme. Bir hücreden diğerine giden uyarıcı sinyal, ikinci hücrenin ateşlenmesini olası hale getirir. Ketleyici sinyal ise ikinci hücrenin ateşlenme olasılığını azaltır. Beyindeki kimyasal sinapslarda, glutamat ve GABA (gamma-aminobütirik asit) sırasıyla uyarma ve ketleme vericileridir. Kuşkusuz, isimleri hiç de ahenkli değildir; biri ucuz gıda baharatını çağrıştırır, diğeri ise İsveç pop grubunu… Yine de glutamat ve GABA, beyindeki Yin ve Yang’dır. Dopamin, serotonin, norepinefrin ve diğer meşhur beyin kimyasalları, çok daha özel etkileri olan vericiler olarak ünlerini kazanmışlardır; fakat beynin ekmeği ve tereyağı şüphesiz glutamat ve GABA’dır. Prensipte, sadece bir avuç nöron ve iki verici (uyarıcı ve ketleyici) içeren bir sinir sistemi mümkündür.

Sinirsel uyarım ile sinirsel ketleme arasındaki denge, sağlıklı kavrama ve davranış için çok önemlidir. Glutamatın egemen olduğu bir beyin, sadece epilepsi nöbetine benzer şekilde tekrarlanan patlamalarla kendisini uyarabilir. Tersine, GABA’nın egemen olduğu bir beyin ise, beyin alanları arasındaki anlamlı iletişim için gerekli senkronizasyonun az olduğu sessiz fısıltılar yapabilir. Sağlıklı beyin faaliyeti, uyarma ve ketleme arasındaki dengenin karmaşık etkinlik modelleri ürettiği bu iki uç arasındaki orta alanda gelişir. Dolayısıyla, glutamat ve GABA’dan oluşan görünüşte basit bir sinir sistemi, son derece karmaşık bir etkinlik ile sonuçlanır.

Benzer şekilde, bir Petri kabı içindeki kimyasalların görünüşte basit bir karışımı, reaksiyonu uyandıran ve reaksiyonu engelleyen kimyasalların her ikisi de mevcut olduğunda, salınımlı spiral dalgalar gibi oldukça karmaşık kimyasal reaksiyon örneklerine yol açabilir. Belousov-Zhabotinsky reaksiyonu adı verilen bu genel tepki; reaksiyonun karmaşıklığı da benzer ilkeler tarafından belirlendiği için, sinir ağlarının bilgiyi işleyişinde bir model olarak incelenmiştir.

Esnek davranış ve kavramanın altında, beyin faaliyetlerinin karmaşık modelleri yattığı düşünülürse, uyarma ve ketleme arasındaki oran -E(uyarma) / I(ketleme) dengesi olarak anılır- bir beynin zindeliğini değerlendirmek için önemli bir ölçü olarak giderek daha fazla tanınmaktadır. Örneğin şizofreni, zayıf etkinlikteki glutamat reseptörlerinin neden olduğu düşük bir E / I oranı ile ilişkilendirilmiştir. Öte yandan otizm, zayıf etkinlikteki GABA reseptörlerinin neden olduğu yüksek E / I oranı ile ilişkilendirilmiştir. Uyarma veya ketlemenin aşırı fazla olması, epileptik nöbetlere veya beyin komasına yol açabilir. Aslında, otizmi olan bireylerin epilepsiye (nöbetlere neden olan bir durum) sahip olma ihtimalleri ortalama bir şahsa oranla daha fazladır; çünkü otizm ve epilepsinin yüksek E / I oranına sahip olduğunu düşünülmektedir.

Peki uyarma ve ketleme arasındaki sinerji nasıl çalışır? Hem uyarma hem de ketleme, tek başına hareket ederek beyni nispeten basit belli aktivite kalıplarına çekmektedir. Bu ikisi arasındaki denge, bir gaz ve bir sıvı arasındaki sınıra benzer kritik bir durum oluşturur. Beynin dışarısındaki pek çok kritik durum, ucundan dikey olarak koyulmuş ancak konumundaki herhangi bir değişiklik ile düşecek bir kurşun kalem gibi istikrarsızdır. Bununla birlikte şaşırtıcı bir şekilde, beyindeki kritik durumlar genellikle kendini idame ettirmekte ve daha ileri değişiklikler için dirençli bir şekilde durmaktadır. Örneğin, sinaptik girdi bir sinir ağında kritik bir durum oluşturduktan sonra, başka bir sinaptik girdi, iletişim ağını basit ve kararlı bir şekle sokmak yerine bu kritik durumu korur. Bu nedenle, bu fenomene, New York’taki Brookhaven Ulusal Laboratuvarı’nın fizikçileri Per Bak, Chao Tang ve Kurt Wiesenfeld tarafından geliştirilmiş bir kavram olan, kendini organize eden kritiklik veya SOC (Self-Organized Criticality) adı veriliyor.

SOC, beyne belirli bir derece esneklik sağladığı için, beyin fonksiyonu açısından önemlidir. Tıpkı kritik bir maddenin gaz ve sıvı hal arasında esnek bir şekilde geçiş yapabilmesi gibi, SOC da beynin, birçok farklı aktivite bölgesini ziyaret etmesini sağlayabilir. SOC’nin doğada gözlendiği her yerde, enerji üreten yavaş bir işlemin ve enerjiyi dağıtan hızlı bir işlemin sonucu olarak, birçok zamansal ve mekansal ölçekte karmaşık aktiviteler oluştuğu görmektedir. Bu karmaşıklık, ölçeksiz dağılım denilen bir modelle tanımlanabilir. İstatistik sınıfından bildiğimiz normal dağılımın veya “çan eğrisinin” aksine, ölçeksiz dağılımın oranı veya ortalaması yoktur.

SOC’yi daha iyi anlamak için, Bak ve meslektaşları tanıdık bir senaryo tasarladılar: sahilde kum tepesi yapmak. Kum tepesi, kritik bir duruma sebep olan belirli bir eğime ulaşana kadar büyür. Daha fazla kum eklenmesi çeşitli boyutlardaki çığları tetikler. Aslında kritik durum, daha fazla kum eklerken bile devam eder – bu, gerçekten de kendini organize eden bir süreçtir.

Bu örnekte, enerjiyi üreten yavaş işlem (kumun eklenmesi) ve enerjiyi dağıtan hızlı işlem (sürtünme kuvvetini alt eden yer çekimi kuvveti) olmak üzere birbiriyle yarışan iki süreç söz konusudur. Belki bu örnek beyinle alakasız gözüküyor ancak; yavaş işlem olan kum ekleme, sinir ağına uyarıcı sinaptik girdi eklenmesine benzemektedir. Benzer şekilde hızlı işlem olan sürtünme kuvvetini alt eden yer çekimi kuvveti ise, sinirsel ketlemenin üstesinden gelen sinirsel uyarma ve sinirsel çığ patlamalarının tetiklenmesiyle benzerdir. Kum tepesi çığları, elektriksel beyin kayıtlarında gözlenen aynı ölçeksiz dağılımı izler: ortaya çıkan aktivite, hassas E / I dengesinin bir sonucu olarak, tüm ölçek ve frekanslarda gözlemlenir.

Aslında, uyarma ve ketlemenin dengesiz olduğu hastalık durumlarını incelemek için kum tepesi modelini değiştirebiliriz. Kum tanecikleri yerine misketlerden bir yığın oluşturduğunuzu hayal edin. Pürüzsüz misketler birbirine iyi yapışmaz ve bu kırılgan yığın, kritik bir kütleye eriştikten sonra bir Jenga kulesi gibi çöker; kendini organize eden kritikliğe asla ulaşamaz. Bu, aşırı sinirsel uyarılma durumuna benzemektedir: sinaptik ketleme, karmaşık işaretleri ve nöbetleri durduracak uyarıcı patlama fırtınaları için çok zayıftır. Tersine, ıslak kum kullanarak bir kum tepesi oluşturmayı hayal edin. Islak kumun yapışkanlığı çok yüksek olduğu için daha az çığ ortaya çıkar. Bu durum, aşırı sinirsel ketleme durumu ile benzerdir: Uyarıcı dürtü, sinaptik ketlemenin boğucu tutuşunun üstesinden gelemeyerek, karmaşık sinyallere dayanan sinirsel hesaplamaları engeller.

Elektriksel beyin aktivitesi, kafa derisine elektrot yerleştirerek (EEG) kolayca gözlemlenebildiği için, araştırmacılar ve klinik tedavi uzmanları beyindeki hücreleri doğrudan sondajlamadan E / I dengesini çıkarabilirler. Örneğin, epileptiform boşalmalar -yıkıcı heyecan patlamaları- yüksek bir E / I oranının açık işaretleridir. Bu boşalmalar, beynin kritikliği aşarak süper kritik bir hale geldiğini gösteriyor olabilir. Geleneksel olarak epilepsi ile ilişkilendirilmesine rağmen, daha önce hiç nöbet geçirmemiş olan hastaların EEG’lerinde de epileptiform boşalmalar meydana gelebilir. Yeni ortaya çıkan epilepsi spektrum bozukluğu kavramı, panik bozukluk gibi zihinsel hastalıkları epilepsi ile aynı çerçeveye oturtmayı amaçlamaktadır. Kansas City Missouri Üniversitesi’nden Dr. Nash N. Boutros, epilepsiye neden olan aynı yüksek E / I oranını gösterebileceğini düşündüğü için, panik atak hastalarındaki epileptiform boşaltımlarını araştırıyor. Eğer panik bozukluklar ve epilepsi ortak bir nedeni paylaşıyorsa, ikisi de antiepileptik ilaçlarla tedavi edilebilir. Bu tür ilaçların genellikle, nöbetleri tedavi ederken sinirsel heyecanlanmayı azalttığı düşünülmektedir. Bu ilaçlar hastaların hem yüksek hem de düşük duygudurumlar yaşadıkları psikiyatrik bir bozukluk olan bipolar bozukluğun tedavisi için de FDA tarafından onaylanmıştır.

Yakın gelecekte, sinirsel uyarılabilirliği değiştiren ilaçlar, hasta bir beyindeki E / I dengesine yön vermede başarılı olabilir. Gerçekten de, pek çok ruhsal öğretinin bir “iç denge” ye ulaşmayı savunması gibi, karşıt güçler arasındaki fiziksel denge, sağlıklı bir beyin için elzemdir. Beyinde gözlemlenen karşıtlıklar arasındaki sinerji bize, karmaşıklığın bir denge gerektirdiğini hatırlatıyor. Ampirik (deneysel) kanıtlar beyin boyutunun ya da beyin kütlesinin, beyin zindeliğindeki en iyi ölçüt olmadığını gösterirken, E / I dengesi onların yerine bir gösterge olabilir. Bir gün, doktor ofisinde yapılan standart muayene sadece nabzınızı, boyunuzu ve ağırlığınızı almayı değil; aynı zamanda E / I oranınızı gösteren bir EEG okumasını da içerebilir.

Orjinal Kaynak: https://www.psychologytoday.com/blog/consciousness-self-organization-and-neuroscience/201701/excitation-and-inhibition-the-yin-and

Çeviri için dogalbiryasam.com ekibinden Barış ve Begüm’e teşekkürler.