Elektroensefalografi, bilim insanlarının beyin aktivitesini kaydetmesine ve okumasına olanak sağlamıştır.
Elektroensefalografi veya EEG 100 yıl önce icat edildi. Beyin elektriğini izlemek için kullanılan bu cihazın icadından bu yana geçen yıllar içinde, bilim insanlarının insan beynini inceleme biçimleri üzerinde inanılmaz bir etkisi oldu.
İlk kullanımından bu yana EEG, araştırmacıların algıdan hafızaya kadar biliş anlayışını şekillendirdi. Ayrıca epilepsi de dahil olmak üzere birçok beyin rahatsızlığının teşhisi ve tedavisinin yönlendirilmesinde de önemli rol oynamıştır.
Ben, insanların geçmişlerindeki olayları nasıl hatırladıklarını incelemek için EEG kullanan bir bilişsel sinirbilimciyim. EEG’nin 100. yıldönümü, bu keşfin sinirbilim ve tıp alanındaki önemini düşünmek için bir fırsat.
EEG’nin Keşfi
6 Temmuz 1924’te psikiyatrist Hans Berger, beyin cerrahisi geçiren 17 yaşındaki bir çocuk olan bir insan üzerinde ilk EEG kaydını gerçekleştirdi. O dönemde Berger ve diğer araştırmacılar hayvanların beyinleri üzerinde elektriksel kayıtlar gerçekleştiriyorlardı.
Berger’i diğerlerinden ayıran şey, insanlardaki psişik enerji ya da zihinsel çaba olarak adlandırdığı şeyin fiziksel temelini bulma konusundaki takıntısıydı. Berger, kariyerinin ilk yıllarına yayılan bir dizi deneyle beyin hacmini ve sıcaklığını ölçerek entelektüel çalışma, dikkat ve arzu gibi zihinsel süreçlerdeki değişiklikleri inceledi.
Daha sonra elektriksel aktiviteyi kaydetmeye yöneldi. İnsan beynindeki ilk EEG izlerini 1924 yılında kaydetmesine rağmen, sonuçları 1929 yılına kadar yayınlamadı. Aradan geçen beş yıl, beyindeki EEG sinyalinin kaynağı konusunda kendinden şüphe ettiği ve deney düzeneğini geliştirdiği çetrefilli bir dönemdi. Berger, kendi çocukları da dahil olmak üzere birçok denek üzerinde hem deneysel başarılar hem de başarısızlıklarla sonuçlanan yüzlerce EEG kaydetti.
İki EEG izi, üstteki alttakinden daha düzensiz ritimli. Kredi: Hans Berger/Über das Elektrenkephalogramm des Menchen. Archives für Psychiatrie. 1929; 87:527-70 Wikimedia Commons aracılığıyla
Sonunda sonuçlarından emin olarak Archiv für Psychiatrie dergisinde bir dizi makale yayınladı ve Nobel Ödülü kazanma umutları vardı. Ne yazık ki, araştırma topluluğu onun sonuçlarından şüphe duydu ve başka birinin EEG’yi kendi araştırmalarında kullanmaya başlaması için yıllar geçti.
Berger sonunda 1940 yılında Nobel Ödülü’ne aday gösterildi. Ancak İkinci Dünya Savaşı ve Almanya’nın Norveç’i işgali nedeniyle o yıl hiçbir kategoride Nobel verilmedi.
Sinirsel salınımlar
Birçok nöron aynı anda aktif olduğunda, beynin iletken dokusu, kafatası ve kafa derisi boyunca anlık olarak yayılacak kadar güçlü bir elektrik sinyali üretirler. Başa yerleştirilen EEG elektrotları bu elektrik sinyallerini kaydedebilir.
EEG’nin keşfinden bu yana araştırmacılar nöral aktivitenin belirli frekanslarda salındığını göstermişlerdir. Berger, 1924’teki ilk EEG kayıtlarında, saniyede sekiz ila 12 kez veya 8 ila 12 hertz arasında değişen ve alfa salınımları olarak adlandırılan salınım aktivitesinin baskın olduğunu kaydetmiştir. Alfa ritimlerinin keşfinden bu yana, nöronların nasıl ve neden salınım yaptığını anlamak için birçok girişimde bulunulmuştur.
Nöral salınımların, uzmanlaşmış beyin bölgeleri arasında etkili iletişim için önemli olduğu düşünülmektedir. Örneğin, 4 ila 8 hertz arasında değişen teta salınımları, hayvanlarda ve insanlarda hafıza kodlama ve geri alma ile ilgili beyin bölgeleri arasındaki iletişim için önemlidir.
Araştırmacılar daha sonra nöral salınımları değiştirip değiştiremeyeceklerini ve dolayısıyla nöronların birbirleriyle nasıl konuştuklarını etkileyip etkilemeyeceklerini incelediler. Çalışmalar, birçok davranışsal ve noninvaziv yöntemin nöral salınımları değiştirebileceğini ve bilişsel performansta değişikliklere yol açabileceğini göstermiştir. Belirli zihinsel faaliyetlerde bulunmak, bu zihinsel faaliyetlerin kullandığı frekanslarda nöral salınımlara neden olabilir. Örneğin, ekibimin araştırması farkındalık meditasyonunun teta frekansı salınımlarını artırabildiğini ve hafızayı geri çağırmayı geliştirebildiğini buldu.
Noninvaziv beyin stimülasyon yöntemleri, ilgilenilen frekansları hedefleyebilir. Örneğin, ekibimin devam eden araştırması, teta frekansında beyin stimülasyonunun hafızayı geri getirmede iyileşmeye yol açabileceğini buldu.
EEG ayrıca, insanların çevrelerindeki dünyayı nasıl algıladıkları, dikkatlerini nasıl odakladıkları, dil yoluyla nasıl iletişim kurdukları ve duyguları nasıl işledikleri de dahil olmak üzere, beynin diğer birçok bilişsel alanda bilgiyi nasıl işlediği hakkında önemli keşiflere yol açmıştır.
Beyin hastalıklarının teşhisi ve tedavisi
EEG günümüzde uyku bozukluklarını ve epilepsiyi teşhis etmek ve beyin bozukluğu tedavilerini yönlendirmek için yaygın olarak kullanılmaktadır.
Bilim insanları, noninvaziv beyin stimülasyonu ile hafızanın geliştirilip geliştirilemeyeceğini görmek için EEG’yi kullanıyorlar. Araştırma henüz emekleme aşamasında olsa da, bazı umut verici sonuçlar elde edilmiştir. Örneğin, bir çalışmada gama frekansında (25 hertz) noninvaziv beyin stimülasyonunun Alzheimer hastalığında hafızayı ve nörotransmitter iletimini iyileştirdiği bulunmuştur.
Temporal interferans adı verilen yeni bir noninvaziv beyin stimülasyonu türü, stimülasyon frekansları arasındaki farka eşit nöral aktiviteye neden olmak için iki yüksek frekans kullanır. Yüksek frekanslar beyne daha iyi nüfuz edebilir ve hedeflenen bölgeye ulaşabilir. Araştırmacılar kısa süre önce bu yöntemi, hafıza için kilit bir beyin bölgesi olan hipokampusa 5 hertz teta frekansı göndermek için 2.000 hertz ve 2.005 hertz kullanan insanlarda test etti. Bu, bir yüzle ilişkilendirilen ismin hatırlanmasında iyileşmelere yol açtı.
Bu sonuçlar umut verici olsa da, nöral salınımların bilişte oynadığı rolü ve bunları değiştirmenin uzun süreli bilişsel gelişime yol açıp açmayacağını anlamak için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır.
EEG’nin geleceği
EEG’nin 100. yıldönümü, bize beyin fonksiyonu hakkında neler öğrettiğini ve bu tekniğin gelecekte neler yapabileceğini düşünmek için bir fırsat sunuyor.
Nature Human Behaviour dergisi tarafından yaptırılan bir ankette, çalışmalarında EEG kullanan 500’den fazla araştırmacıdan tekniğin geleceğine ilişkin tahminlerde bulunmaları istendi. EEG’nin gelecek 100 yılında neler mümkün olacak?
Benim de aralarında bulunduğum bazı araştırmacılar, EEG’yi beyin bozukluklarını teşhis etmek ve hedefe yönelik tedaviler oluşturmak için kullanacağımızı öngörüyor. Diğerleri ise uygun fiyatlı, giyilebilir bir EEG’nin evde bilişsel işlevi geliştirmek için yaygın olarak kullanılacağını veya sanal gerçeklik uygulamalarına sorunsuz bir şekilde entegre edileceğini öngörüyor. Olasılıklar çok geniş.
Açıklama: Erika Nyhus, Ulusal Sağlık Enstitüsü ve Ulusal Ruh Sağlığı Enstitüsü’nden fon almaktadır.
*Bu yazı 100 years of EEG: How this technology transformed neuroscience başlıklı yazıdan çevrilmiştir.
