Önsöz
Ege Üniversitesi Psikoloji bölümünden Dr. Cansu Pala’nın, lisans öğrencilerinin çalışmalarını bir araya getirerek oluşturduğu Psikoloji Tarihi Arşivi bilişsel bilimler için değerli bir kaynak oluşturuyor.
Her biri bir psikoloji kavramının tarihsel gelişimini ele alan metinler, okuyuculara bilişsel bilimin çalışma alanlarıyla da yakından ilişkili fikir ve kuramların nasıl ortaya çıktığını ve zaman içinde nasıl evrildiğini kavrama fırsatı sunuyor. CogIST olarak Türkçe’ye çeşitli bilişsel bilim kaynakları kazandırma amacımız doğrultusunda bu arşivin görünürlüğünü arttırmayı önemsiyor ve tarihsel perspektif odaklı bu metinleri geniş bir kitleye ulaştırmak için yeniden yayınlıyoruz. Şu ana kadar yayınladığımız tüm Psikoloji Tarihi Arşivi yazılarına buradan ulaşabilirsiniz.
Keyifli okumalar!
CogIST
Beyin görüntüleme, sinir sisteminin yapısını, işlevini veya farmakolojisini dolaylı veya doğrudan görüntülemek için çeşitli teknikler kullanan bir disiplinler arası çalışma alanıdır. Tarihsel gelişimine bakıldığında beyin, birçok farklı yöntem aracılığıyla incelenmeye çalışılmış fakat bunların bazıları zaman içerisinde terk edilmiştir. Modern beyin görüntüleme tekniklerinin en önemli özelliği ve önceki görece ilkel tekniklerden farkı müdahalesiz (noninvasive) olmalarıdır. Bu çalışmada teknolojik metotların varlığından önceki beyin inceleme yollarına kısaca değinilecek, ardından güncel görüntüleme tekniklerinin başlıcaları olan CT, PET ve fMRI tekniklerinden bahsedilecektir.
Modern Teknikler Öncesi Beyni İnceleme Girişimleri ve Beyin Görüntülemenin Dünü
Fizyolojinin deneysel yöntemi henüz bünyesine dâhil etmediği yıllarda Alman bir tıp doktoru olan Franz Joseph Gall, beyin büyüklüğü ve kafatası şeklinin beynin performansı ile nasıl bir ilişki içinde olduğunu merak etmişti. Hayvanlardan elde ettiği gözlemler sonucu daha büyük beyinli organizmalar daha zekice hareket etmekteydiler. Bu çıkarımını insan beynine de genellemeye karar verdi ve kafatası şeklinin insanın sahip olduğu veya olmadığı özellikler hakkında ipuçları sunabileceğini iddia etti. Çok sayıda insan kafatasını girinti ve çıkıntılar bakımından inceledikten sonra insan zihnine ait 35 niteliğin kafatasındaki yerlerini tespit ettiğini öne sürdü (Schultz ve Schultz, 2007). Ortaya atıldığı zamanlar belli bir süre rağbet görmüş olsa da “frenoloji” adı verilen bu girişim bugün tamamıyla bir sözdebilimdir. Her ne kadar beynin dışarıdan haritasını çıkarma konusunda başarısız olsa da Gall, beynin belirli işlevlerinin belirli bölgelerdeki özel yapılar ile ilişkili olabileceğini göstermiştir. Bu ilişkiye verilebilecek en güzel örneklerden birisi, “Broca alanı” da denilen beyin merkezinin keşfidir. Bir cerrah olan Paul Broca, uzun yıllar boyunca anlaşılır şekilde konuşamayan bir adama otopsi yaptıktan sonra beyin kabuğunun üçüncü kıvrımında bir lezyon tespit etmiş ve beynin bu bölümünü konuşma merkezi olarak nitelendirmiştir (Schultz ve Schultz, 2007).
Otoritelerce modern sinir bilimin babası sayılan Santiago Ramón y Cajal günümüzden 100 yıl önce 3000’den fazla anatomik nöron çizimi yaparak sinir sistemine dair ufuk açıcı bir çalışmaya imza atmıştır. O zamanki düşünceye aykırı olarak sinir sisteminin bütüncül, kesintisiz ve bağımsız çalışan bir yapı olmadığını öne sürmüş; şekil, işlev ve yapı olarak farklı nöronların birbiriyle elektriksel ve kimyasal yollardan “haberleşmesiyle” işleyen bir sistemden bahsetmiştir. Ölümünden yirmi yıl sonrasına kadar Cajal’ın bu iddiası kabul görmemiş, doğruluğu 1950’lerde kanıtlanmıştır. “The Beautiful Brain: The Drawings of Santiago Ramón y Cajal” kitabında Cajal’ın bu olağanüstü çizimlerinden bazılarına yer verilmiş ve bunların günümüz sinir bilimine nasıl ışık tuttuğu vurgulanmıştır (Swanson, Newman, Araque ve Dubinsky, 2017). Mikroskop başında geçirdiği saatler ve ortaya koyduğu çalışmalarla Cajal beynin bilimsel yollarla incelenebilir olduğunu iyiden iyiye gözler önüne sermiş ve modern beyin görüntüleme tekniklerine önayak olmuştur.
Beyin görüntüleme tekniklerinin başlangıcı, İtalyan fizyolog Angelo Mosso’nun bulduğu ve “insan dolaşım dengesi” (human circulation balance) olarak çevrilebilecek yöntem kabul edilir. Mosso, temel olarak beynin yoğun olarak çalıştığında daha fazla kana ihtiyaç duyacağı varsayımından yola çıkmış ve bu varsayımını deneysel olarak ispatlamıştır. Beynin duygusal ve entelektüel aktivite esnasında vücuttaki kan dağılımını ağırlıklara bağlı bir mekanizma ile ölçen bu teknik, her ne kadar modern ölçümlerin çok uzağında olsa da, modern yöntemlerin atası olarak sayılmaktadır (Sandrone ve ark., 2014).
20. yüzyıla gelindiğinde beyin görüntüleme tekniklerinin temelleri yavaş yavaş atılmaya başlanmıştı. 1900’lerin başlarında Amerikan bir beyin cerrahı olan Walter Dandy pnömoensefalografi adını verdiği yöntemi tanıttı. Bir miktar beyin omurilik sıvısı alınıp yerine alınan miktarla aynı oranda oksijen, hava veya helyum koyulması ve beynin X ışını altında görüntülenmesine dayanan yöntem 1970’lerin sonlarına kadar kullanılmıştır. Geliştirilen yöntemler arasında ilk müdahaleli (invasive) olanlardandır ve beyni bir ekrana aktararak “görüntüleme”yi belki de ilk başaran tekniktir. Günümüzde yüksek riskli ve oldukça fazla yan etkiye sahip bir teknik olarak bilinmektedir.
Beyin Görüntülemenin Bugünü: Modern Teknikler
Modern beyin görüntüleme tekniklerini CT ile başlatmak yanlış olmaz. 1972’de bir elektrik mühendisi olan Godfrey Hounsfield ve fizikçi Allan MacLeod Cormack bilgisayarlı tomografiyi, kısaltılmış şekliyle CT (veya daha eski kullanımıyla CAT) tekniğini geliştirmiş; böylece günümüzde kullanılan modern yöntemlerden ilki ortaya çıkmıştır. 1979’da ikili bu çalışmalarıyla alan dışı olmalarına karşın Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü’ne layık görülmüşlerdir. X ışınlarının beyni baştan başa tarayarak bilgisayara göndermesi ve bilgisayarın elde edilen bu veriyi farklı açılardan kesitsel görüntüler olarak sunması şeklinde tanımlanabilecek bir çalışma mekanizmasına sahip olan yöntem, beynin tanı ve araştırma için incelenmesine olanak tanır. Oldukça kolay, güvenli, müdahalesiz ve acısız bir yöntem olsa da sıradan bir röntgen çekiminden çok daha fazla radyasyon içermektedir. Bununla birlikte bir gün içinde birden fazla kez CT taraması yapılması maruz kalınan radyasyonu çok daha riskli bir noktaya taşımaktadır. Yapılan araştırmalarda CT taraması yapılan hastaların %30’unun en az üç, %7’sinin beşten fazla ve %4’ünün dokuz veya daha fazla kez tarama aldıkları görülmüştür (Mettler, Wiest, Locken ve Kelsey, 2000).
CT’nin ortaya çıkışıyla yeni beyin görüntüleme tekniklerinin geliştirilme süreci hız kazanmış ve 1973’te Michel Ter-Pogossian, Edward J. Hoffman and Michael Phelps isimli üç bilim insanı PET tekniğini tanıtmışlardır. Açılımı “Pozitron Emisyon Tomografisi” olan bu teknik, radyoaktif ajanların kana verilmesi ve bu ajanların beyin dokusundaki dağılımının ışınım altında incelenmesi ile uygulanır. Çeşitli ve birbirinden farklı beyin bölgelerinin aktivite düzeyini gösterdiği için beynin temel olarak nasıl çalıştığını anlama olanağı sunan tekniğin CT’ye göre en büyük üstünlüklerinden biri taradığı dokunun üç boyutlu görüntülerini sunabilmesidir. Aynı zamanda en büyük avantajlarından biri oksijen akışını ve beyin dokularındaki glikoz metabolizmasını beyin çalışırken gözlemlemeye olanak vermesidir. Bunlara ek olarak beyni inceleyen bilimsel araştırmalarda da sıklıkla PET’e başvurulmaktadır. Çeşitli bağımlılık yapıcı maddelerin (sigara, alkol, kokain vb.) beyindeki kimyasal dağılımını ve beyin fonksiyonlarını nasıl etkilediğine odaklanan daha spesifik bazı çalışmalarda da PET taramalarından yararlanılmıştır (Volkow, Fowler ve Wang, 2003).
1990’lara gelindiğinde ise ortaya çıkmasıyla birlikte önceki tekniklerin hemen hemen hepsini ekarte eden fMRI geliştirilmiştir. Teknik, kandaki oksijen seviyesini kullanan bir metot ile (orijinal ismiyle BOLD) beyinde belirli bir zamanda hangi bölgelerin aktif olduğunun görüntülenmesine dayanır (Raichle, 2010). Oksijen yönünden zengin hemoglobin hücreleri ile daha az oksijen taşıyan hemoglobin hücrelerinin manyetik alan geçirgenlikleri farklıdır; oksijensiz hemoglobin manyetizmaya neredeyse dirençli olan oksijenli hemoglobine göre daha manyetiktir. Bu manyetik ayrım sayesinde belirli bir zamanda beyinde hangi nöronların daha fazla oksijen kullandığı, dolayısıyla hangilerinin aktif olduğu görüntülenmiş olur (Huettel, Song ve McCarthy, 2009). Müdahalesiz yöntemlerden biri olan fMRI tekniğinin yukarıda bahsedilen CT ve PET tekniklerinden farklılaştığı nokta radyasyon yaymamasıdır. Aynı zamanda mükemmel uzamsal kesinlik sağlaması da en büyük avantajlarından biridir.
Sözü edilen bu tekniklere ek olarak beynin elektriksel aktivitesini ölçen elektroensefalografi (EEG) adı verilen müdahalesiz bir teknik de mevcuttur. Son derece güvenli olan ve milisaniyeler düzeyinde zamansal kesinlik sunan bu teknik beynin elektriksel aktivitesini kesintisiz olarak ölçmeye yarar (Savoy, 2001). “Event-related potentials” (kısaca ERP) adı verilen ve bir uyaran sonucu oluşan beyin dalgalarının değişimini gözlemlemeye olanak tanıyan teknik zamansal kesinlik bakımından mükemmel olsa da uzamsal kesinlik olarak son derece yetersizdir; çünkü yalnızca kafa yüzeyinden ölçümler alabilmektedir (Savoy, 2001).
Görüldüğü üzere her bir beyin görüntüleme tekniğinin kendi içinde güçlü yönleri olmakla birlikte zayıf yönleri de mevcuttur. Kimi teknikler kişiyi kuvvetli radyasyona maruz bırakırken kimisi kana çeşitli radyoaktif maddelerin verilmesini gerektirmektedir. Bazı teknikler beynin genel bir fotoğrafını çekmeye benzer ve beyni yapısal olarak görüntüleme imkânı sunarken (bilgisayarlı tomografi gibi); bazıları beyindeki çeşitli nöron gruplarının hangi bilişsel, davranışsal çıktıları ortaya çıkardığı gibi (örn. konuşma, yüzleri tanıma) beynin işlevsel özelliklerini inceleme amacı taşır (PET, fMRI, EEG vb.) Benzer şekilde bazıları uzamsal açıdan kesinliği yüksek sonuçlar verirken bazıları zamansal açıdan yüksek kesinliğe sahip veriler sunar.
Beyin görüntülemenin tarihine şöyle bir bakıldığında ilk geliştirilen teknikler daha çok klinik incelemeler için kullanılmış olup beyindeki anomalileri, lezyonları tespit etme amacı gütmüştür. Günümüze daha yakın ortaya çıkan teknikler ise klinik incelemeleri bütünüyle bir kenara bırakmış değilse de kullanım amaçlarının daha araştırma yönelimli bir hâl aldığını söylemek yanlış olmaz. Yaygın olarak tıbbi bir inceleme yöntemi olarak kullanılan beyin görüntüleme teknikleri günümüzde psikoloji için de büyük önem arz etmektedir; zira bu çalışmanın en başında da belirtildiği üzere beyin görüntüleme disiplinler arası bir çalışma alanıdır. Teknolojinin her geçen gün gelişmekte olduğu bu çağda gelecekte beyin görüntüleme tekniklerinin nasıl bir hâl alacağı merak uyandıran bir konudur. Tıbbi açıdan ele alacak olursak günün birinde tek bir teknikle beyne ait hem yapısal hem işlevsel çıktılar alınması, aynı zamanda bu işlemin insana mümkün olan en az zararı verecek şekilde uygulanması beyin görüntülemenin geleceğine dair beklentilerden birkaçı olarak düşünülebilir. Psikoloji penceresinden bakıldığında ise insan duygu, biliş ve davranışlarının merkezi olan beyne dair daha ayrıntılı bilgiler sunacak; hem uzamsal hem de zamansal kesinlik bakımından mükemmel sonuçlar verecek bir tekniğin geliştirilmesi hiç şüphesiz en büyük temennilerin başında gelmektedir.
Kaynakça
A Brief and Beautiful History of Neuroimaging. (b.t.). Motherboard Tech by Vice. https://www.vice.com/en_us/article/ywb3yy/a-brief-and-beautiful-history-of-neuroimaging
History of neuroimaging. (b.t.). Wikipedia The Free Encyclopedia. https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_neuroimaging
Huettel, S. A., Song, A. W. ve McCarthy, G. (2009). Functional Magnetic Resonance Imaging (2. basım). Massachusetts: Sinauer Associates.
Mettler Jr, F. A., Wiest, P. W., Locken, J. A. ve Kelsey, C. A. (2000). CT scanning: patterns of use and dose. Journal of Radiological Protection, 20(4), 353–359. doi:10.1088/0952–4746/20/4/301
Neuroimaging. (b.t.). APA Dictionary of Psychology. https://dictionary.apa.org/neuroimaging
Neuroimaging. (b.t.). Wikipedia The Free Encyclopedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Neuroimaging
Raichle, M. E. (2010). The Brain’s Dark Energy. Scientific American, 302(3), 44–49. doi: 10.1038/scientificamerican0310–44
Sandrone, S., Bacigaluppi, M., Galloni, M. R., Cappa, S. F., Moro, A., Catani, M., …Martino, G. (2014). Weighing brain activity with the balance: Angelo Mosso’s original manuscripts come to light. Brain, 137(2), 621–633. doi:10.1093/brain/awt091
Savoy, R. L. (2001). History and future directions of human brain mapping and functional neuroimaging. Acta Psychologica, 107(1–3), 9–42. doi:10.1016/s0001–6918(01)00018-X
Schultz, D. P. ve Schultz, S. E. (2007). Modern Psikoloji Tarihi (Y. Aslay, Çev.). İstanbul: Kaknüs Yayınları. (Orijinal çalışma basım tarihi 2004)
Swanson, L. W., Newman, E., Araque, A. ve Dubinsky, J. M. (2017). The Beautiful Brain: The Drawings of Santiago Ramon y Cajal. New York: Abrams Books.
Volkow, N. D., Fowler, J. S. ve Wang, G. (2003). The addicted human brain: insights from imaging studies. The Journal of Clinical Investigation, 111(10), 1444–1451. doi:10.1172/JCI200318533
