How do we safely study living brains? - John Borghi and Elizabeth Waters

Çeviri: İnci Arslan Gözden geçirme: Cihan Ekmekçi

As far as we know,

Bildiğimiz kadarıyla güneş sistemimizde

there’s only one thing in our solar system sophisticated enough to study itself:

kendi kendisi üzerine çalışabilecek kadar gelişmiş tek bir şey var:

the human brain.

İnsan beyni.

But this self-investigation is incredibly challenging;

Fakat bu kendi kendini araştırma süreci çok zorlayıcı;

a living brain is shielded by a thick skull,

canlı bir beyin kalın bir kafatası tarafından korunuyor,

swaddled in layers of protective tissue,

katmanlarca koruyucu dokunun içerisine sarılı

and made up of billions of tiny, connected cells.

ve milyarlarca küçük, birbirine bağlı hücreden oluşuyor.

That’s why it’s so difficult to isolate, observe, and understand diseases

Bu nedenle beyni yerinden ayırmak, gözlemlemek

ve Alzheimer gibi hastalıkları anlamak çok zor.

like Alzheimer’s.

So how do we study living brains without harming their owners?

Peki sahibine zarar vermeden canlı bir beyni nasıl inceliyoruz?

We can use a trio of techniques called EEG,

EEG, MR ve PET denilen üçlü bir teknik kullanıyoruz.

fMRI,

and PET.

Each measures something different and has its own strengths and weaknesses,

Her ölçü birbirinden farklı, hepsinin kendine özgü güçlü ve zayıf yanları var.

and we’ll look at each in turn.

Şimdi hepsini tek tek inceleyeceğiz.

First is EEG, or electroencephalography,

İlki beyindeki elektriksel hareketleri ölçen EEG,

which measures electrical activity in your brain.

yani elektroensefalografi.

As brain cells communicate, they produce waves of electricity.

Beyin hücreleri birbirleriyle iletişime geçtikçe elektrik dalgaları üretir.

Electrodes placed on the skull pick up these waves,

Kafatasına yerleştirilen elektrotlar bu dalgaları algılar

and differences in the signals detected between electrodes

ve elektrotlar arasında tespit edilen sinyallerin farklılıkları

provide information about what’s happening.

olanlar hakkında bilgi verir.

This technique was invented almost 100 years ago,

Yaklaşık 100 yıl önce geliştirilen bu teknik

and it’s still used to diagnose conditions like epilepsy and sleep disorders.

epilepsi, uyku bozukluğu gibi durumların teşhislerinde hâlâ kullanılıyor.

It’s also used to investigate what areas of the brain are active

Aynı zamanda beynin öğrenme ve odaklanma anında

hangi bölgelerinin aktif olduğunu araştırmak için de kullanılıyor.

during learning or paying attention.

EEG is non-invasive,

EEG vücudun içine girmeyi gerektirmiyor,

relatively inexpensive,

göreceli olarak ucuz

and fast:

ve hızlı.

it can measure changes that occur in just milliseconds.

Oluşan değişimleri yalnızca milisaniyeler içinde ölçebiliyor.

Unfortunately, it’s hard to determine

Ne yazık ki belirli bir düzenin

exactly where any particular pattern originates.

tam olarak nereden geldiğini belirlemek zor.

Electrical signals are generated constantly all over the brain

Elektriksel sinyaller sürekli olarak beynin her yerinde oluşuyorlar

and they interact with each other to produce complex patterns.

ve karmaşık düzenler oluşturmak için birbirleriyle iletişime geçiyorlar.

Using more electrodes or sophisticated data-processing algorithms can help.

Daha fazla elektrot

ya da gelişmiş bilgi işlem algoritmaları kullanmak yararlı olabilir.

But in the end, while EEG can tell you precisely when certain activity occurs,

Fakat EEG size belirli bir hareketin tam zamanını gösterebilirken

it can’t tell you precisely where.

tam olarak nerede oluştuğunu gösteremez.

To do that, you’d need another technique,

Bunu yapmak için MR'a

such as functional magnetic resonance imaging, or fMRI.

yani manyetik rezonans görüntüleme tekniğine ihtiyaç duyarsınız.

fMRI measures how quickly oxygen is consumed by brain cells.

MR oksijenin beyin hücreleri tarafından ne kadar hızlı tüketildiğini ölçer.

Active areas of the brain use oxygen more quickly.

Beynin aktif bölgeleri oksijeni daha hızlı kullanır.

So watching an fMRI scan while a person completes cognitive or behavioral tasks

Yani bir insan kavramsal ya da davranışsal görevleri tamamlarken

can provide information about which regions of the brain might be involved.

MR tarayıcısını izlemek beynin çalışan bölgeleri hakkında bilgi verebilir.

That allows us to study everything from how we see faces

Bu da bize yüzleri nasıl gördüğümüzden

hislerimizi nasıl anladığımıza kadar her şeyi çalışmamızı sağlar.

to how we understand what we’re feeling.

fMRI can pinpoint differences in brain activity to within a few millimeters,

MR birkaç milimetre içerisindeki beyin hareketlerindeki değişimleri saptayabilir

but it’s thousands of times slower than EEG.

fakat EEG'den bin kat daha yavaştır.

Using the two techniques together

İki tekniği birlikte kullanmak

can help show when, and where, neural activity is occurring.

sinirsel hareketin nerede ve nasıl başladığını göstermeye yardımcı olur.

The third, even more precise, technique is called positron emission tomography

Üçüncü ve daha kesin olan yöntem pozitron emisyon tomografisi olarak adlandırılır

and it measures radioactive elements introduced into the brain.

ve beynin içinden geçen radyoaktif elementleri ölçer.

That sounds much scarier than it actually is;

Bu kulağa aslında olduğundan daha korkutucu geliyor.

PET scans, like fMRI and EEG, are completely safe.

PET, MR ve EEG gibi tamamen güvenli bir tarayıcı.

During a PET scan, a small amount of radioactive material called a tracer

PET taraması sırasında izleyici denilen az miktarda radyoaktif madde

is injected into the bloodstream,

kan dolaşımına enjekte edilir

and doctors monitor its circulation through the brain.

ve doktorlar bunun beyne gidişini izler.

By modifying the tracer to bind to specific molecules,

İzleyiciyi belirli moleküllere bağlanacak şekilde değiiştirerek

researchers can use PET to study the complex chemistry in our brains.

araştırmacılar PET'i beynin karmaşık kimyasını araştırmak için kullanabilirler.

It’s useful for studying how drugs affect the brain

İlaçların beyni nasıl etkilediğini ve Alzheimer gibi hastalıkları

and detecting diseases like Alzheimer’s.

saptamak için kullanışlı bir yöntem.

But this technique has the lowest time resolution of all

Ama bu teknik aralarında zaman çözünürlüğü en düşük olanı

because it takes minutes for the tracer to circulate and changes to show up.

çünkü izleyicinin akımda dolaşması ve değişimin ortaya çıkması dakikalar alıyor.

These techniques collectively help doctors and scientists

Bu yöntemler toplu olarak doktorlara ve bilim insanlarına, davranışlarımız

connect what happens in the brain with our behavior.

ve beynimizde olanlar arasında bağlantı kurmalarında yardımcı oluyor.

But they’re also limited by how much we still don't know.

Fakat hâlâ bilmediğimiz şeylerden dolayı sınırlılar.

For example, let's say researchers are interested in studying how memory works.

Örneğin, diyelim ki araştırmacılar hafızanın nasıl çalıştığını merak ediyor.

After asking 50 participants to memorize a series of images while in MRI scanners,

MR'daki elli katılımcıdan belli bir resim düzenini ezberlemelerini istedikten sonra

the researchers might analyze the results

araştırmacılar sonuçları analiz edip

and discover a number of active brain regions.

birçok aktif beyin alanı keşfedebilirler.

Making a link between memory and specific parts of the brain

Hafıza ve beynin belirli alanları arasında bağlantı kurmak

is an important step forward.

ileriye doğru önemli bir adım.

But future research would be necessary

Fakat her bir bölgede ne olduğunu,

to better understand what’s happening in each region,

birlikte nasıl çalıştıklarını ve beyin aktivitesinin

how they work together,

hafızadan dolayı mı

and whether the activity is because of their involvement in memory

yoksa aynı anda oluşan başka bir süreçten dolayı mı olduğunu

or another process occurring simultaneously.

daha iyi anlamak için ileri araştırmaya ihtiyaç duyulacaktır.

More advanced imaging and analysis technology

Daha ileri görüntüleme ve analiz teknolojisi

might one day provide more accurate results

bir gün daha doğru sonuçlar sağlayabilir

and even distinguish

ve hatta

the activity of individual neurons.

tek tek nöronların aktivitelerini ayırt edebilir.

Until then, our brains will keep measuring, analyzing, and innovating

O zamana kadar, beynimiz şu ana kadar karşılaştığımız en dikkat çekici şeyleri

in pursuit of that quest to understand

anlama konusundaki araştırmasına devam etmek adına

one of the most remarkable things we’ve ever encountered.

ölçmeye, analiz etmeye ve yenilik yapmaya devam edecek.