Kuantum Ve Beyin, Noerokuantoloji Kuantum Beyin Iliskisi

TC GAZİ ÜNİVERSİTESİ GAZİ EĞİTİM FAKÜLTESİ ORTA ÖĞRETİM FEN VE MATEMEATİK ALANLARI EĞİTİMİ BÖLÜMÜ FİZİK EĞİTİMİ ANABİLİM DALI

NÖROKUANTOLOJİ(KUANTUMBEYİN)

DANIŞMAN : Yrd. Doc. Dr. MUSTAFA KARADAĞ HAZIRLAYAN:AYDAN ERÇEK -050557016-

ANKARA 2008

İÇERİK 

BİLİM

-Bilim Nedir? -Bilimin Temel Kayna ğı -Sözde Bilim, Ön bilim -Bilimsel Yöntem -Bilimde Teori ve Kanun 

BEYİN

-Beynin Yap s

ı ı

-Beyin Kabuğu - Beyin Kabuğunun Fizyolojik Anatomisi -Sinir Sistemi,Sinirsel İletim ve Nöronlar  *Nöron Yapısı ve Özellikleri *Nöron Çeşitleri * İmpulsun Oluşumu ve İletimi *Sinaps ve İmpulsun Sinaptan Geçişi 

KUANTUM MEKANİĞİ



KUANTUM MEKANİĞİNDEKİ ÖLÇME,GÖZLEMCİ SORUNU



NÖROKUANTOLOJİ(KUANTUM BEYİN)

-Gelişim - Neden Kuantum Mekaniği Beyin Yapısını Açıklamak İçin Gereklidir  -Kuantum Gözlemci Sorununun Nörokuantolojisi

-Nörokuantolojide Yeni Bilimsel Yaklaşımlar  * Eccles’ın Dendron ve Psikonlarında Kuantum Tünelleme * Walker’in Kuantum Sinaptik Tünellemesi * Penrose ve Hameroff’un Kuantum Nesnel İndirgemesi(OrchOR)

* Umezawa’nın Kuantum Alan Teorisi * Hu ve Wu’nun Spin Aracılı Kuantum Bilinç Teorisi

BİLİM BİLİM NEDİR? Bilim veya ilim, neden, merak ve amaç besleyen bir olgu olarak günümüze kadar birçok alt dala bölünmüş, insanlar ın daha iyi hayat şartlar ına kavuşmasına, var olmayan olgular ı bulmasına ve yeni şeyler öğrenmesine ön ayak olan genellemedir. Bilim sanat taraf ından temelleri atılmış olup her aşamada sanat ve yaratıcılıkla beslenerek insanlar ın hayat koşullar ını iyileştirmek için yapılan çalışmalar ın bütünüdür. Bilim, temelde, deneme ve deney ile ispatlanabilen bilgi bütününü anlatır. Bazı bilim adamlar ına göre bilim: bilim: “ Her türlü düzenden yoksun duyu verileri ile düzenli düşünceler  arasında uygunluk sağlama çabasıdır. (Albert Einstein)

“ Gözlem ve gözleme dayalı akıl yürütme yoluyla dünyaya ilişkin olgular ı birbirine bağlayan yasalar ı bulma çabasıdır. (Bertrand Russell)

„

„

“ "Evrenin veya olaylar ın bir bölümünü konu olarak seçen, deneye dayanan yöntemler ve gerçeklikten yararlanarak sonuç çıkarmaya çalışan düzenli bilgi, ilim"(Türk Dil Kurumu)

„

Diğer bir tanım da, gözlemleme ve planlı deneye, eleştirel yorumlamaya, genellemeye, hipotezlere ve açıklayıcı teorilere götüren tahminlere dayalı karakteristik yönteme bilim denir. Bu nedenle doğa felsefesinden bilime geçiş bir isim değişikliğinden çok daha fazla bir anlam ifade etmektedir. Doğanın yanında toplum, insan ve düşünce üstüne kesin ya da yaklaşık teorik bilgiler üretmeye çalışır. Olgusal, mantıksal, seçici, genelleyici ve değişkendir.

BİLİMİN TEMEL KAYNAĞI Yüzyıllardır insanoğlunun yeryüzündeki yaşama ortamına duyduğu merak, yaşama standartlar ını yükseltecek bir etkinli ğe bürünmeye başladı. Olağan gibi görünen olaylar ı anlama çabası, aslında dünyanın gizemlerle dolu bir yer olduğunu ve bunlar ı çözümlemek gerektiği gerçeğini doğurmuştur. Geleneksel bilim sadece anlamaya ve çözmeye gereksinim hissetse de, ileri safhalara bölünen bilim türleri sadece çözmeyi değil çözümden öte ilerlemeyi de kapsar. Geçmişe bakıldığında en önemli sayılan bilim dallar ından bazılar ı matematik, geometri, astronomi ve tıptır. Çok çeşitli matematiksel çözümleme sistemlerinin geliştirildiği ilk zamanlardan bu yana hala yeni formüller, sistemler, teoriler geli ştirilmektedir ki bu da bilimin süreklili ğine bir örnektir.

SÖZDE BİLİM, ÖNBİLİM Sözdebilim veya sahte bilim (İngilizce pseudoscience ngilizce pseudoscience)) bilimsel olarak tan ımlanmakla birlikte bilimsel çal ışmalar ın gerektirdiği standartlar ı taşımayan veya yeterli bilimsel araştırma ile desteklenmeyen bilgi, yöntem, inanç ve pratikler bütününe verilen addır. Yaygın sözdebilimsel teoriler geçerli bilimlerden çok öykü-olgu temelli olmaya e ğilim göstermektedirler. Bu iddialar dikkatli bir şekilde kullanılan bir yöntemden çok gerçeğin araştır ılmasında yaygın bilimsel yanlış anlamalarla desteklenir. Bir alan, uygulama veya bilgi 1. Kendisini bilimsel olarak sunduğu ve 2. Bilimsel araştırmanın kabul edilen normlar ını kar şılamakta ve daha önemlisi bilimsel metodun kullanılmasında başar ısızlık gösterdiğinde sözdebilim olarak adlandır ılır. Sözdebilimi tanımlayan diğer niteliklerden bazılar ı   



  



Bilimsel iddiasının yanlış veya ilgisiz olma durumunda bile öne sürülmesi Teorinin öngördüğü bir şeyin öngörüsünün gösterilemeyişi Kullanılan veri veya yöntemin araştır ılması isteklerine bilginin gizli veya özel olduğu ile kar şı çıkılması Bilim insanlar ı topluluğunun sonuçlar ı açıklamadığı şeklinde komplo öne sürülmesi Yanlış olduğu ispatlanmayan iddialar ın zorunlu olarak doğru olduğu iddiası Uygulanan işlemin tanımını yapmakta başar ısızlık İddia edilen sonuçlar ı diğer araştırmacılar ın da yeniden üretebilmesi için gereken enformasyonun sağlanmasında başar ısızlık Deneysel sonuçlar ın seçmeci kullanımı ve iddiayı desteklemeyen veya onunla çatışan verilerin göz ardı edilmesi, reddedilmesi, kenara koyulması

Bilim kendi kendini düzelten (self-corrective) bir yap ıya sahiptir. Bu sebeple herhangi bir  bilimsel yayında yayınlanan bilimsel bir makale, ayn ı veya benzer alanlardaki bir başka bilim adamı taraf ından yine bilimsel temellere dayalı olarak eleştirilebilir. Buna kar şı makale yazar ı bilim adamının göstereceği tutum bunun, kendisine yönelik kişisel bir  saldır ı olduğunu düşünmek değil eleştirileri mantık ve deneyler süzgecinde değerlendirerek varsa kar şı delilleri ortaya koymak veya bulgular ını yeniden gözden geçirmektir. Sözdebilime yönelik ele ştirilerden biri sözdebilim taraftarlar ının eleştirel düşünceleri kişisel saldır ı olarak gördükleri, eleştiri sahibi bilim adamlar ını statükonun destekleyicileri, yeni fikirlere dü şman veya kendilerine yönelik bir komplo içinde olarak değerlendirdikleri, bilimin kendi bilgilerine nüfuz edebilecek yeterlilikte olabilece ğini göz ardı etme eğiliminde olduklar ı buna kar şılık eleştirileri sahiplerinin iddialar ını mantıksal veya deneysel bir temelde değerlendirmedikleri yönündedir. Ön bilim (Protoscience) terimi bilimsel metotla yeterince test edilmemi ş ancak mevcut bilimle tutarlı veya tutarsız olduğu durumlarda da bu tutarsızlığına dair akla uygun gerekçeler sunabilen hipotezleri tanımlamakta kullanılır. Terimin bir ba şka kullanım alanı da pratik bir bilgi alanında bilimsel bilgi alan ına geçişi tasvir etmesidir. Sözdebilim ise tersine uygulamada veya prensipte test edilebilir olmayan veya testlerin aksini göstermesine kar şın bilimsel olduğu savunulan bilgi tarzlar ı için kullanılır.

Sözdebilim ile önbilim ve gerçek bilim aras ında anlamlı sınırlar ın olup olmadığı tartışmalıdır. Özellikle kültürel ve tarihi mesafelerin oldu ğu durumlarda (örneğin kimya ve simyada arasındaki ilişki) ön bilimler yanl ışlıkla sözdebilim olarak yorumlanabilmektedir. Sözdebilime örnekler      

Simya Astroloji Devridaim makinesi Tanımlanamayan Uçan Nesne (UFOLOJİ) Akıllı tasar ım (evrenin ve içerisindeki canl ılar ın doğal seçilim ve rastlant ısal mutasyonlar gibi bilinçsiz do ğal süreçlerle oluşamayacağını, bu nedenle zeki ve bilinçli bir varl ık taraf ından tasarlandığını iddia eden bir görüş.)

BİLİMSEL YÖNTEM Bilimsel yöntem çeşitli yeni bilgi edinmek veya bilinen bazı bilgileri doğrulamak veya düzeltmek amacıyla, çeşitli fenomenleri araştırmak için ve geçmişte kazanılmış, öğrenilmiş bilgileri tamamlamak için kullan ılan yöntemlerin bütününe verilen isimdir. Bilimsel yöntem(ler) gözlemlenebilir, deneysel (ampirik) ve ölçülebilir kan ıtlar ın belirli bazı mantıksal prensiplerle incelenmesine dayanır. Bilimsel yöntem,

“ 17. yüzyıldan beri doğal bilimleri karakterize etmiş, sistemik gözlem,

„

ölçüm ve deney ve formülasyon, test etme ve hipotezlerin değiştirilmesini içeren yarg ılama metodudur.

Bilimsel yöntem di ğer bazı bilgi edinme yöntemlerinden, bilim, deney ve mantık temelli olmasıyla ayr ılır. Aynı şekilde bilimsel yöntem ile elde edilen bilginin, tekrar edilebilir  deneylerden sonra tekrar ulaşılabilir olması gerekir. Her ne kadar farklı bilim dallar ında ve farklı bilgi konular ında farklılaşmış, konuya özelleşmiş bilimsel yöntemler kullanılsa da genel bazı noktalar bilimsel yöntemlerin temelini olu şturur. Genellikle bilim adamlar ı, araştırmacılar belirli bir fenomeni açıklamak adına büyük ölçüde ellerindeki bilgileri kullanarak hipotezler öne sürerler; daha sonra bu hipotezleri test etmek için çeşitli deneyler hazırlarlar ve deneylerin sonucuna göre bir hipotezin doğruluğu veya yanlışlığı ortaya çıkar. Bazen bir hipotezin doğruluğu belirli deneyler sonucu kabul edilse de; daha sonra yanlış olduğu farklı deneyler yoluyla da kanıtlanabilir. Bu sebeple her türlü hipotez, sürekli olarak deneylere tabii tutulabilir. tutu labilir. Bilimsel yöntem açısından, bilimsel yöntemler  sonucu elde edilen bilgilerin paylaşılması ve ar şivlenmesi çok önemlidir zira bu bilgiler  ışığında aynı veya farklı yöntemlerle ilgili deney ve testlerin tekrar edilmesi, yeniden üretilebilmesi ve yapılabilmesi bilimsel yöntem sonucu olu şacak bilgi açısından kaçınılmaz bir gerekliliktir - deneylerle ayn ı sonuç tekrar tekrar üretilebildiğinde hipotez kuram(teori) olmaya yaklaşır. Bilimdeki ilk büyük ba şar ılar tümdengelim yöntemiyle kazanılmıştır. Kesin sonuç veren akıl yürütmeye çıkar ım, tümdengelim (dedüksiyon) denir. Bu yönteme göre, doğanın araştır ılması önce gözlemlerden genel prensiplerin çıkar ılması (tümevar ım) ve daha sonra genel prensiplere dayanarak gözlemlerin açıklanması (tümdengelim) aşamalar ını içermektedir. Tümdengelim; tümelden tikeli ve genelden özeli çıkaran uslamlama yöntemidir. Tümdengelim, doğru olan ya da doğru olduğu sanılan önermelerden zorunlu olarak çıkan yeni önermeler türetir. Öncüller doğruysa sonuç da mantıksal bir zorunlulukla doğrudur. Zihnin kanunlardan, kurallara örneklere, olaylara inerek yeni bir yargıda bulunmasıdır. Tümevar ımın tersine, genel ilkelerden özel durumlara inen bir akıl yürütme şeklidir. Burada herhangi bir genelleme (kanun, kural) ele alınır, sonra bundan yola çıkarak özele (olaya, örneğe) inilerek, yeni bir yarg ıya var ılır. Tümdengelim, bir ya da birden çok öncülden mantık kanunlar ına göre, bir sonuçlama (netice) ispatlayış ya da çıkarsayış işlemidir. Tümdengelimle var ılan bir sonuç, bir önermeler zinciridir ki, burada, önermelerin mantık kanunlar ıyla doğrudan doğruya çıkar ılan bir öncül ya da bir önermedir. Tümdengelimle var ılan bir sonuçlamada, neticeler öncüllerde saklıdır, mantıksal analiz metotlar ıyla çıkarsamalar ı icap eder. Tümdengelimin temelinde “bütün için doğru olan, parçalar ı için de doğrudur” ilkesi yatar.

İkinci bilimsel yöntem ise tümevar ımdır. Özel bir önermeden genel bir önermeye gidişi sağlayan düşünce biçimidir. Tümevar ım daha çok gözleme ve deneye dayanır.

BİLİMDE TEORİ VE KANUN

Bilgilerimizin kayna ğı doğrudan teorilerdir. Bildiğimiz şeyler, mutlak bilgiler de ğildir. Bilimsel teoriler gözlemlerden ç ıkar ılmaz, ancak gözlemlere anlam vermek için insanlar  taraf ından icat edilirler. Yeni kavramlar ın oluşturulması indüksiyonla (tümevar ım) mümkün değildir. Yani, çok sayıda deney yaparak ulaşılacak ampirik genellemelerle yeni bilimsel kavramlar ın türetilmesi mümkün değildir. Deneysel verilerden teoriye geçiş ancak yaratıcı düşünceyle mümkündür (Feynman, 1995, 204). Einstein gözlediğimiz şeyi belirleyen teoridir derken bu noktaya dikkat çekmektedir. Heisenberg ise gözlediğimiz şeyin doğanın kendisi değil, sorgulama yöntemimize maruz b ırakılan doğa, olduğunu unutmamamız gerekir ifadesiyle bunu göstermektedir(Bodner, 1986). Son iki yüz yıldır doruğuna ulaşan bilimde, yaşadığımız yüzyılda fizik ve biyoloji yasalar ından öğrendiğimize göre oluşturulacak yeni teoriler bazı disiplinli özellikler  taşımalıdır. Teori olanaklı olduğu sürece gerçekler bağımsız bir şekilde onaylanmalıdır. Eğer varsa, önceki birden fazla teori üzerinde durulmalı ve açıklanacak bir şey varsa, olası tüm açıklamalar ortaya konulmalıdır. Bir teoriye gere ğinden fazla bağlanma yerine, bilgiye erişim yollar ından biri olarak düşünülmeli ve diğer alternatiflerle adil bir şekilde kar şılaştır ılmalıdır. Büyüklük, düşüncenin kar şıtına da dokunabilmek olduğundan, kar şıt düşünceler de gözden geçirilmelidir. Teoriyi reddetmek için nedenler aranmalı ve teori nicelendirilmelidir. Bir teoriyle yeterince uzun zaman aldat ılmışsak, aldatmacayı ortaya koyan her türlü kanıtı (fark etmeden) ret edebileceğimizi de akılda tutmalıyız. Teorik sonuçlar bir ölçüye, sayısal değere sahipse bu ortaya konulmalıdır. Böylece diğer  teorilerle daha kolay kar şılaştır ılabilir hale gelir. Eğer teoride savlar zinciri söz konusu ise, zincirin her halkası-bir kısmı ya da birçoğu değil-geçerliliğini kanıtlamak zorundadır. İlke olarak, yanılabilir olup olmadığı sorgulanmalıdır. Teorinin doğrulanabilirliğine kar şı, Karl Popper (1902–1994) yanlışlanabilirlik ilkesini ortaya atmıştır. Yanlışlanabilirlik ölçütü, Popper'in bilim kuram ının temelidir. Popper'e göre bilimsel "teori potansiyel olarak yanlışlanabilir" olmalıdır. Popper "teorinin doğruluğu, onun yanlışlanabilirlik özelli ğinden kaynaklanır" ve "teorilerimizi yanlışlaşmaya alabildiğince açık bırakabilmek için elimizden geldi ği kadar çok anlamlılıktan uzak bir biçimde formülleştirmeliyiz" der. Popper'e göre: "Yeni bir  düşüncenin insan zihninde nasıl doğabildiğini bilme sorunu ister bir müzik temas ı, ister  dramatik bir çatışma, ister bilimsel bir kuram söz konusu olsun, deneyci ruhbilim bakımından büyük önem taşıyabilir, ama bilimsel bilginin mant ıksal çözümlenmesi anlamına gelmez." Popper'e göre bilimsel bir yöntem, "Bütün sistemleri en zorlu bir  yaşama savaşımından geçirerek, sonunda nispeten en elverişli" sistemi seçmek amacıyla, her türlü sınamadan geçirilmesi gereken sistemi yanlışlaşmaya tabi tutmaya dayanır. Buna göre kuramlar, hiç bir zaman deneysel olarak doğrulanamaz: "Eğer  olgucu yanılgıdan kaçınmak istiyorsak deneysel bilim alan ında da doğrulanamayan önermelerin varlığını kabul etmemize olanak veren bir ölçüt seçmek zorundayız... Bu düşünceler, sınır çekme ölçütü olarak alınması gereken şeyin bir sistemin doğrulanabilirliği değil, yanlışlanabilirliği olduğunu telkin ediyor". Böylece Popper, bir  sınır çekme ölçütü olarak yanlışlanabilirliği önerir. Ona göre yalnız deneysel kuramlar  yanlışlanabilir bir nitelik ta şır. Bazı şeyleri açıklayan ama önceden hiç bir şey kestiremeyen bir kuram yanlışlanamaz. Yanlışlama kıstası bilimi, bilim olmayandan ayırmamıza yardımcı olur, ama kusursuz değildir. Bilimin önermeleri ve kuramlar ı konusunda asıl önemli olan doğru olup olmadıklar ı değil, doğruya doğru gidip gitmediğidir. Sınanmayan, yanlışlanamayan önermeler pek fazla değer taşımazlar. Bilim, ayn ı zamanda çok kuvvetli ve uzlaşmaz bir kuşkuculuk gerektirir. Kuşkuculara, deneyleri tekrarlama ve aynı sonuçlar ı alıp almayacaklar ına bakma şansını verilmelidir.

Bir bilimsel kanun, gözlem ve deneylerle iyi desteklenip kanıtlanmış genel prensiptir. Tipik olarak bilimsel kanunlar, deney ve gözlemlerle örtüşen kısıtlı ilkeler kümesidir. Bilimsel kanun, bilimsel teoriyle yak ından ilişkilidir. Tipik olarak, kanunlar teorilere nazaran dünya hakkında daha kısıtlı öngörülerde bulunurlar. Kanunlar bilimin vazgeçilmez ö ğeleri olsa da, halen birçok bilimsel kanunun doğruluğu tartışılır düzeydedir. Bilim deneye çok önem verir ve bilimsel yöntem deneye dayanır. Bu safha işlenen konuyu daha inandır ıcı kılmanın yanında belirli bir çerçeveye oturtur. Sadece kâğıt üzerinde birer teoriyken kanunlaşabilir ve temel taş niteliğine bürünebilir. Bilimin sonsuz bir süreç içinde de ğişimi yadsınamaz bir durumdur. Zaman içinde alt dallara bölünen bilim say ısal ve sal ve sosyal alanlarda sosyal alanlarda ayr ı konulara bürünmüş fakat nitelik açısından aynı amaca hizmet etmeyi sürdürmüştür.

BEYİN BEYNİN YAPISI Hayvan anatomisinde beyin veya ensefalon (yunanca), merkezi sinir sisteminin yönetim merkezidir. Birçok hayvanda beyin, kafanın içinde, birincil duyu organlar ının ve ağzın yakınında yerleşmiştir. Tüm omurgalılarda beyin olduğu gibi, omurgasızlarda da merkezileşmiş bir  beyin veya birbirinden bağımsız gangliyonlar  topluluğu vardır. Beyin, şaşırtıcı derecede karmaşık ve komplike olabilir. Örneğin insan beyni 100 milyar'dan fazla nöron içerir ve bu nöronlar ın her biri, kendi gibi 10.000 tanesiyle bağ yapar. Kalınca ve dayanıklı bir zar (beyin zar ı) ile örtülü merkez sinir sisteminin kafatas ı içinde olan kısmı. Önbeyin (Prosencephalon), Ortabeyin (Mesencep halon), Arkabeyin (Rombencephalon) olmak üzere üç bölüme ayr ılır. Önbeyin: Beyin yar ımküreleri ile bunlar ı birbirine birleştiren ara beyinden meydana gelmiştir. Arabeyin, orta kar ıncıkla, onu çevreleyen oluşumlardan ibarettir. Önbeyin büyük bir parçası olan beyin yar ımküreleri, iri ucu arkada bir yumurta biçimindedir. İçyan,

dışyan ve alt olmak üzere üç yüzleri vardır. Bu iki yar ımküre, ortada “korpus kalosum” adı verilen büyük bir birleşikle birbirine bağlıdırlar. Yüzler birtakım yar ıklarla “lob” lara, loblar da birtakım oluklara (girus) ayr ılmıştır. Boz madde ve ak maddeden yapılmış olan beyin yar ımkürelerinde; boz madde beyin yar ım kürelerinin yüzündeki bütün kıvr ımlar ı ve bu kıvr ımlar arasındaki oluklar ı örter. Ak madde ise, yar ımkürelerin ortasında bulunmaktadır. Ortabeyin: Arkabeyni önbeyine birleştiren bu dar parça içinde önde “beyin saplar ı”, arkada da “dördüz cisimler” vard ır. Ortabeynin içinden, omurilik ve arka beyinden gelen beyin çekirdekleri ile beyin kabuğuna giden yollarla (duyurucu yollar), beyin kabuğundan ve beyin çekirdeklerinden gelerek arkabeyine ve omuriliğe giden yollar geçer. Arkabeyin: Soğanilik, Varol köprüsü, Beyincik ve Dördüncü kar ıncık olmak üzere dört bölüme ayr ılmıştır. Soğanilik 3 santimetre uzunlukta ve taze soğanın başı biçiminde bir  beyin parçasıdır. Omuriliğin üst ucundan başlar ve Varol köprüsünde sonlanır. Bunun içinden “kafa çiftleri” denen sinirlerle oynatıcı ve duyurucu yollar geçer. Varol köprüsü, omurilikten ve so ğanilikten gelen ve beyincik kabuklar ına giren duyurucu yollarla beyin kabuğundan gelen oynatıcı yolun içinden geçtiği bir bölümdür. Beyincik, Kafa boşluğunun arka boşluğunda yerleşmiş olup, beyin yar ımkürelerinin arka ve altında; soğanilikle köprünün arkasındadır. Yukar ıdan bakıldığında oyun kâğıdı kupasına benzer. Çevresinde boz madde, içinde ak madde vardır. Ak maddeden çıkan uzantılar, bir ağaç görünüşünde olduğu için buna “hayat ağacı” adı verilir. Gerek oynatıcı ve gerek duyurucu yollar ın büyük bir kısmının uğradığı yer olan beyincik denge işini düzenleyen bir organdır. Hastalığında denge işlemi bozulacağı gibi, harekette de düzensizlik meydana gelir. Dördüncü kar ıncık, beyin içindeki kar ıncıklardan biridir ve soğanilik'le Varol köprüsünün arkasında beyinciğin önünde bulunmaktadır. Eşkenar dörtgen biçimindedir. Beyinin gördüğü iş: Beyin kabuğu içindeki sinir hücreleri birtak ım gruplar halinde ve aynı işi görmek üzere toplanarak “beyin “be yin merkezlerini” meydana getirirler. Bu merkezleri meydana getiren hücreler oynatıcı, duyurucu, görücü, işitici, koku al ıcı gibi işler görmekle beraber ruhsal yetilere ait işleri de görürler. Bu duruma göre beyin kabuğu içinde vücudumuzun hayati işleri ile ilgili birçok merkezler vard ır. Beyin yar ımküreleri içindeki akmadde de ise, beyin kabuğundaki çeşitli duyu merkezlerine giden ve oradan gelen çeşitli sinir liflerinin meydana getirdi ği demetler  bulunur. Böylece, vücudumuzun herhangi bir bölümündeki uyartı ile beyin kabuğundaki merkez arasında bir bağlantı kurulmuş olur. Meselâ parmağımıza bir iğne batır ıldığında, bu acı izlemini alan derimiz, içindeki cisimcikler vas ıtasıyla bu izi hemen sinir liflerine verirler. Sinir lifleri bunu omurilikteki sinir köklerine götürürler. Buradan d a arkabeyin ve ortabeyinden geçerek beyin yar ımküreleri içinde, oradan da beyin kabuğundaki duyurucu merkezlere iletilmiş olur. Buna kar şılık, oynatıcı bir emir, beyin kabuğundaki oynatıcı merkezlerden doğarak aynı şekilde omurilikteki sinir köklerine gelir ve buradan hareket kaslar ına kadar iletilir. Böylece kasta bir hareket meydana gelmiş olur.

BEYIN KABUGU Korteks (Beyin kabuğu) sinir sisteminin en büyük bölümüdür. Bununla birlikte korteksin değişik bölümlerinin tahrip ya da uyar ılmasının sonuçlar ını biliyoruz.

BEYİN KABUĞUNUN FİZYOLOJİK ANATOMİSİ Beyin kabuğunun fonksiyonel parçası nöronlardan oluşan 2-5 mm kal ınlığında ince bir  tabaka olup beynin bütün giruslar ının (Kıvr ım) yüzeyini örtmektedir. Kapladığı tüm alan bir metrekarenin dörtte biri kadardır. Beyin kabuğunun tümü yaklaşık 10 milyar nöron içermektedir. Temel olarak üç farklı hücre tipi ile kar şılaşır ız (granüler, fuziform, piramidal) Bu hücrelerin yoğunluklar ına göre yapılan bir sınıflamada beyin beş ana yapısal tipe ayr ılır. Korteksin farklı yapısal tiplerinin sıklıkla birbirine benzer  fonksiyonlar ını gösteren haritaya 'Brodman Haritası' denir. Beyin kabuğundaki bütün alanlar ın 'Talamus' ile (simetrik olarak yerle şmiş çekirdekler  olup hakkında bilgi verilecektir) getirici ve götürücü dolaysız bağlantılar ı vardır. Bağlantı talamustan kortekse korteksten talamusadır. Talamus ile bağlantı kesilirse buna bağlı kortikal alanın fonksiyonlar ı tamamen ya da tamamına yakın ortadan kalkar. Korteks talamusla sıkı bir işbirliği içinde çalışır ve anatomik-fonksiyonel yönden talamusun gelişmiş bir uzantısı olarak kabul edilebilir. (Talamokortikal sistem) Bunun gibi duyu organlar ından kalkan bütün yollar talamustan geçerek kortekse var ır. Buna uymayan tek örnek: koku yollar ıdır.

SİNİR SİSTEMİ, SİNİRSEL İLETİM VE NÖRONLAR Sinir sisteminin yap ı ve görev birimi olan nöron; geniş bir hücre gövdesi ve bu gövdeden çıkan uzantılara sahiptir.

Nöronun Yapısı ve Özellikleri Nöron gövdesinden iki tip uzantı çıkar. Bu uzantılardan kısa ve ince olanlar ına dentrit denir. Dentritler içinde en uzun ve kalın olanı ikinci uzantıyı oluşturur. Buna akson denir. Aksonlar miyelinli ve miyelinsiz olmak üzere iki çe şittir. Miyelinsiz aksonlarda izolasyonu sadece hücre yapar. Miyelinli aksonlarda impuls iletimi, miyelinsiz aksonlara göre 10 kat daha dah a hızlıdır.

Nöron Çeşitleri Nöronlar görevlerine göre üç gruba ayr ılırlar.

Duyu Nöronlar ı: Duyu organlar ında bulunan reseptörlerden aldıklar ı impulslar ı (uyartı) beyne ya da omuriliğe ileten nöronlardır. Motorik Nöronlar: Beyin ya da omurilikten aldığı emirleri tepki organına ileten nöronlardır. Ara Nöronlar: Genelde merkezi sinir sisteminde ve omurilikte yer  alan duyu, ara ve motor nöronlar ı birbirine bağlayan nöronlardır.

İmpulsun Oluşumu ve İletimi Dıştan veya içten gelen uyartılar ın sinir hücresinde oluşturduğu elektriksel ve kimyasal değişime impuls adı verilir. Nöronlarda impulsun iletilme yönü daima nöron gövdesinden akson uzantılar ına doğru olur. Uyar ının nöronda impuls oluşturması ve impuls iletimi elektro-kimyasal olarak gerçekleşir. Nöron hücreleri uyar ılmadığı zaman polarize (kutuplaşmış) durumdadır. Yani hücre dışı (+) içi ise (–) durumdadır. Bu olay sodyum ve potasyum iyonlar ının eşit olmayan dağılımından kaynaklanır. (Na+) dışta fazla, (K-) ise içte fazladır. Sinir hücre zar ının Na+ ile K- iyonlar ına kar şı geçirgenliği farklıdır. Sinir hücrelerinden Na+ aktif  taşımayla hücre dışına verilirken, K- hücre içine aynı yolla alınabilmektedir. Sodyum pompalanması olarak bilinen bu işleme bağlı olarak, dinlenme durumundaki sinir  hücresinde, dış ortama oranla, daha çok Kbulunduğu halde daha az Na+ bulunur. Bu nedenle sinir hücre zar ı kutuplaşmıştır (Polarizasyon). Sinir hücresi uyar ılınca, uyar ılan bölgede Na+ ve Kiyonlar ı zıt yönde yer değiştirirler. Bu değişim hücre zar ının o bölgesindeki zar ın dışan (–), içten ise (+) yüklenmesine neden olur. Sinir hücresindeki bu değişim olayına depolarizasyon denir. Bir bölgede

gerçekleşen depolarizasyon yan taraftaki Na+ ve K- iyonlar ının da yer değiştirmesine neden olur. Bu şekildeki değişim tüm sinir hücresinin aksonu boyunca ilerler. İmpuls sinir telinin bir bölgesinden geçtikten sonra o bölge eski durumuna döner  (Repolarizasyon). Böylece bu bölge yeni bir impulsun iletimine hazır hale gelir. Eğer sinirin uyar ılan bölgesi, eski durumuna dönmeden, aynı nokta ikinci kez uyar ılırsa, sinir bu uyartıya tepki göstermez. İmpuls iletimi sırasında hücre bol miktarda O2 harcar, ATP kullanır. Sonuçta CO2 ve ısı açığa çıkar. Bir nöronda impulsun başlayabilmesi için gereken en az uyar ı şiddetine eşik şiddeti (eşik değer) denir. Bu değerin altındaki uyaranlar impuls oluşturamaz. Sinir hücresi, eşik şiddeti veya bunun üzerindeki uyartılara kar şı maksimum tepki verir. Bu nedenle bu olaya “ya hep ya hiç” prensibi adı verilir.

Sinaps ve İmpulsun Sinapstan Geçişi

Bir sinir hücresinin aksonu ile diğer bir sinir hücresinin dentritinin uç uca geldikleri bölgelere sinaps (bağlantı) denir. Beyinde her bir sinir  hücresi üzerinde ortalama 1015 sinaps ya da bağlantı noktası vardır. Hücreler arası bağlantı noktalar ındaki uyar ı geçişi kimyasal veya elektriksel olarak iki tiptedir. Elektriksel bağlantı iki sıkı bağlantı (gap  junction) yeri aracılığıyla elektrik yüklerinin zarlar  arasında geçişine imkân verir. Bu bağlantı noktalar ında hücreler arası mesafe çok kısadır. Bu tip ileti doğrudan elektriksel olduğundan çok hızlıdır ve uyar ılar her iki yönde gidebilir (ileri ya da geri). İnsan beyninde sinir hücreleri arasındaki bağlantının ve dolayısı ile iletinin çoğu kimyasaldır. Kimyasal olarak adlandır ılmasının nedeni, akson üzerinden sinir sonlanmasına gelen iyonik elektriksel akım (bu sodyum ve potasyum iyonlar ının hücre zar ında kar şılıklı yer değiştirmesi ile oluşur) doğrudan diğer sinir hücresine geçmemesi, geçi ş için kimyasal sinir ileticileri kullanmasındandır. Akson sonlanmasına gelen iyonik elektriksel akım, sinir  sonlanmasında bulunan, zardan kesecikler içinde depolanan sinir ileticilerinin, hücreler  arası bağlantı noktasındaki aralığa salınımın neden olur ve salınan sinir ileticileri di ğer  sinir hücresi yüzeyindeki alg ılayıcılar (reseptörler) üzerine etki ederek tekrar bir iyonik elektriksel akıma dönüşür. Keseciklerden sinir ileticilerinin sal ınımı, sinir sonlanmasında gelen iyonik elektriksel akımın kalsiyum iyonunu hücre zar ından sinir içeri sokması ile

olur. Yani ileti; akson boyunca iyonik elektriksel akım hücreler sonlanmasında keseciklerden (vezikül) sinir ileticilerinin sal ınması bağlantıda olunan diğer zar arası mesafede (sinaptik aralık) yayılma tekrar iyonik elektriksel ak ımınüzerindeki algılayıcılara (reseptörler) etki doğması şeklindedir. Elektriksel bağlantı bölgelerine göre, kimyasal bağlantı noktalar ında aralık daha geniştir. İletim hızı da bu aşamalı dönüşümlerden dolayı daha yavaştır. Sinapslar ın Özellikleri:

İmpulslar sinapslardan tek yönlü (aksondan dentrite doğru) geçerler. Beyin hücrelerindeki bazı sinapslarda impulslar her iki yönde de geçebilir.

İmpulslar ın sinapstan geçişi, sinir hücresindeki iletimden daha yava ş olur. İmpulslar ın sinapslardaki iletimi nörotransmitter maddelerle sağlanır. Yani kimyasaldır. İmpuls geçişini engelleme ve kolaylaştırma (seçici direnç) olaylar ı sinapslarda olur. Sinapslar sadece iki sinir hücresi aras ında olmaz. Bir sinir teli ile bir kas, reseptörler  veya bir bez arasında da olur.

KUANTUM MEKAN İĞİ

Klasik mekanik çok ba şar ılı olmasına kar şın, 1800'lü yıllar ın sonlar ına doğru, kara cisim ışıması (blackbody radiation), tayf çizgileri, fotoelelektrik etki gibi bir tak ım olaylar ı açıklamada yetersiz kalm ıştır. Açıklamalar ın yanlışlığı bilim adamlar ının yetersizliğinden değil aksine klasik mekani ğin yetersizliğinden kaynaklanıyordu. Klasik mekanikteki sorunun ne olduğunu anlatmak aşır ı teknik kaçacaktır, ancak en yalın halde klasik mekanik evreni bir "süreklilik" olarak modelliyordu. 1900 yılında Max Planck enerji'nin, 1905 yılında ise Albert Einstein ışığın paketçiklerden oluştuğunu, yani süreklisizlik gösterdi ğini, bir varsayım olarak kullanmak zorunda kaldılar, bazı deneyleri açıklamak için. Elbette bu iki darbe klasik mekaniği yıkmadı. Uzunca bir süre bilim adamlar ı bu süreksizliği klasik mekanik kuramlar ından türetmek için uğraştı. Yine aynı yıllarda atomun içyapısı üzerine yapılan deneyler korkunç bir  gerçeği gözler önüne serdi. Rutherford yaptığı deneyle atomun küçük bir çekirdeğe sahip olduğunu gösterdi. Bu dönemde elektronun varlığı biliniyordu. Bu durumda eğer negatif yüklü elektronlar pozitif  çekirdeğin etraf ında dairesel hareket yapıyorlarsa, çok k ısa bir zaman diliminde elektronlar çekirdeğe düşeceklerdi. Bu elektromanyetik teori ye göre açıklanacak olursa, ivmelenen yükler ışıma yapar, dairesel hareket de ivmeli bir hareket olduğu için, elektron bu ışımayla enerji yayacak ve çekirde ğe düşüp sistem çökecekti. Geçici çözüm Niels Bohr taraf ından geldi. Elektronlar belli kuantizasyon kurallar ınca, belli yörüngelerde hareket ediyorlar, enerjileri belli bir değere ulaşmadıkça ışıma yapamıyorlar bu sayede sistem dengede durabiliyordu. Bu geçici çözüm küçük atomlarda işe yaradıysa da daha büyük kütlelerde işe yaramıyordu. Bohr atom modeline, modeli deneylere uydurulmak için birçok yama yap ıldı. Ne var ki Bohr'un "yamalı bohça"sı 1920'lere gelindiğinde artık iş görmüyordu, tayf çizgilerinin gözlenen yoğunluğunu yanlış veriyor, çok elektronlu

atomlarda salınım ve emilim dalga boylar ını tahmin etmede başar ısız oluyor, atomik sistemlerin zamana bağlı hareket denklemini vermedeki başar ısızlığı gibi birkaç konuda daha gerçekleri gösteremiyordu. Kuantum mekaniğini Planck doğurduysa, bebekliğinin sonu da De Broglie ile gelmiştir. Louis De Broglie; birçok elçi, bakan ve Dük yetiştirmiş, aristokrat bir Fransız ailesinin çocuğuydu. Tarih eğitimi gördükten sonra fiziğe geçmiş ve 1923'te verdiği doktora tezinde, ışığın hem dalga hem de parçacık karakteri olmasından esinlenerek, aslında bütün madde çeşitlerinin aynı özelliği gösterebileceğini önerdi. Ortaya koyduğu fikir, Bohr'un "gizemli" yörüngelerini açıklamada başar ılı oluyordu. Işığın girişim, kır ınım yaptığı, yani dalga özelliği gösterdiği, Thomas Young'ın yaptığı çift yar ık deneyi ile gösterilmi şti. Ama tüm madde parçacıklar ının, su dalgalar ı ile aynı matematiksel özellikleri göstereceği beklenmiyordu. Max Planck 1900 yılında karacisim ısınımı problemini (morötesi facia diye de anılır), çözmek için;

denklemini kullanmıştı. Bu denklem, foton kavramının başlangıcı oldu; çünkü ν frekansındaki elektron salınımından oluşan ışığın, klasik mekanikle uyu şmayan bir  şekilde sadece, h* ν nun tamsayı katlar ında enerji taşıyabileceğini göstermişti. h, günümüzde Plank Sabiti adıyla anılır. Fotonlar dalga özelliği gösterirse madde de gösterebilir analojisinin yan ında önemli bir ipucu da Einstein'in birkaç yıl önce özel görelilik ispatında kullandığı Lorentz Dönüşümleri idi. Buna göre, serbest bir parçacık, fazı x,zamanı t olan bir dalga ile ifade edilirse, 2*π*(k*x- ν *t) , ve bu faz Lorentz dönüşümlerinde sabit kalacaksa, k vektörü ve ν frekansı, x ve t gibi dönüşmelilerdi. Ya da diğer bir deyişle, p ve E gibi. Bunun mümkün olabilmesi için, k ve ν (nu), p ve E ile aynı hız bağımlılığına sahip olmalılardı, bu yüzden de onlarla doğru orantılı olmalılardı. Fotonlar için E=h* ν olduğundan, madde için de

Ve Varsayımlar ını yapmak 'doğal' gözükmüştür. Herhangi bir kapalı yörüngenin 1/|k| nin tam kati olması varsayımı ile, de Broglie, deneysel olarak gözlenen ve Sommerfield ve Bohr taraf ından "kuantize olma şartlar ı" olarak anılan şartlar ı matematiksel olarak kolayca türetti. Bu türetme gayet gizemli bir  şekilde doğru sonuçlar verince (Davisson ve Germer, 1927 yılında Bell Laboratuarlar ında gerçekleştirdikleri deneyle, elektronlar ın da aynı ışık gibi girişim yaptığını ortaya koydular. Deney 1924'te de Broglie taraf ından önerilmişti) insanlar  deneysel olarak başka şeyleri tahmin etmesini de beklediler. Elbette yan ıldılar çünkü bu şartlar serbest ışık parçalar ı için yola çıkan varsayımlar ın, çekirdeğe bağlı elektronlar için uyarlanmasıydı ve çok ileri götürülmemesi gerekiyordu. Ama doğru çıkış noktası idi. Enteresan bir şekilde 1925–1926 yıllar ı arasında Werner Heisenberg, Max Born, Wolfgang Pauli ve Pascual Jordan, matris mekaniği ile kuantum mekaniğinin formal tanımını yaptılar. Ama formalizmlerinde dalga mekaniğine yer vermediler. Benimsedikleri felsefe ise, tamamen pozitivist idi. Yani sadece deneysel olarak gözlenebilen değerleri göz önüne alan bir yaklaşım kullandılar. Kuantum kuramında, her mikroskobik parçacık, bir dalga işlevi denklemi (Schrödinger  dalga işlevi) ile tanımlanır. Bu denklem kısaca, parçacığın bulunabileceği tüm olasılıklar ın bir kümesini içerir ve parçac ığın o an ve haldeki "kuantum durumunu" verir.

Normalde, makroskobik sistemleri olu şturan tüm bileşenler (parçacıklar) kendilerine has ve sürekli değişen farklı dalga işlevlerine sahiptirler. Tek tek parçacıklar düzeyinde, bu dalga işlevinden dolayı kuantum etkileri geçerliyken, makroskobik düzeyde, sistemleri oluşturan parçacıklar ın dalga işlevleri, "istatistiksel" olarak klasik mekani ğe uyumlu sonuçlar verirler. Bildi ğimiz günlük dünyada kuantum etkilerinin neredeyse ihmal edilebilir düzeyde olmasının temel nedeni işte bu istatistiksel tabiata dayalıdır. Normal koşullarda kuantum etkilerini makroskobik günlük hayatımızda doğrudan gözlemleyememekteyiz. 1926 yılında Edwin Schrodinger bir dizi denklemle dalga mekaniğini yeniden canlandırdı. Sonunda kendi dalga mekaniğinden Heisenberg'in matris mekaniğini de türetip iki formalizmin matematiksel olarak denk oldu ğunu da gösterdi. Son makalelerinden birinde Schrodinger, rölativistik bir dalga denklemi de sunar. Dirac'a göre ise tarih biraz daha farklı islemiştir. Ona göre, Schrodiger önce rölativistik dalga denklemini geliştirdi, sonra bunu kullanarak hidrojenin spektrumunu hesapladı ve deneylere uymadığını gördü. Ancak bu denklemin, düşük hızlarda geçerli olan versiyonu aslında çalışıyordu! Sonrada rölativistik dalga denklemini yayınladığında ise, bu Oskar  Klein ve Walter Gordon taraf ından yayınlanmıştı ve hala Klein-Gordon denklemi olarak anılır. Bu noktadan sonra Dirac teoriye çeki düzen vermiş, özel görelilikle uyumlu hale getirmi ş ve bazı deneylerin sonuçlar ını teorik olarak üretmiştir, örneğin pozitron'un varlığının tahmini. 1930'lara gelindiğinde ergenlikten çıkmış bir teori halini almıştır kuantum teorisi. Daha sonra 1940'lar da Sin-Itiro Tomonaga, Julian Schwinger ve Richard P. Feynman, Kuantum elektrodinamiği konusunda önemli çalışmalara imza atmış, 1950'li ve 60'lı yıllar  Kuantum renk dinamiğinin gelişimine tanık olmuşlardır. ğer   r yandan, kuantum fizi ğ  ği  makroskobik düzeye ula şmaya başlad ı: Di ğ  e

Young’ın başlangıçta fotonla yapılan çift yar ık deneyi, daha sonra elektronlarla yapıldı. Zamanla parçacıklar daha da büyütülerek 60 kadar atomun bir araya geldiği bir küresel (buckyball) bir topla çift yar ık deneyi yapılarak girişim elde edildi. Bu küresel yap ı yaklaşık 2 nm çapındadır. 2003 yılında, 1 mm çapında bir yağ damlası (bir atomdan 10 milyon kat daha büyüktür ve bir karbon–60 küresinden 1 milyon kat büyüktür) ile girişim başar ılmıştır. Şimdilerde daha da büyük olan ve kısmen canlılık özellikleri olan virüsleri kullanarak çift yar ık deneyini yapma düşünceleri ortaya atılmakta ve planlanmaktadır. Yani kuantum mekaniği yavaş yavaş makro evrensel nesnelere ve düzeye çıkmaya başlanmıştır. Bu bir dereceye kadar makroskobik ayr ımın kesin olmadığını ve makroskobik parçalar ın da dalga özellikleri gösterebileceğini kesin olarak ortaya koyar. Mikroskobik üst üste binme hemen her gün fizikçiler taraf ından tespit edilir. Kuantum mekaniği tarihinde geçen yüz yıla kar şın makroskobik üst üste binmeler nadir elde edilir. Bose-Einstein yoğunlaşması ile 107 atom içeren makroskobik üst üste binme durumlar ı elde edilebilmiştir. Yani 107 atom aynı kuantum durumundadır. Hepsi bir ve tek davranırlar. Aynı bir dans grubundaki gibi tek davranış olur. Bireyselliklerini terk edip aynı olurlar.

KUANTUM MEKAN İĞİNDEKİ ÖLÇME, GÖZLEMCİ SORUNU

Gerçekten var olanla, bizim ölçerek gözlemlediğimiz arasında hiç bir zaman kapatılamayacak bir fark olduğu söylenebilir mi? Belirsizlik ilkesi ışığında, kuantum kuramı evrenin bilinebilirliği hakkında ne getirmiştir?

Gerçeklik sorunu; yani gerçek olan nedir? Kuantum mekaniğinde çok tartışmalı. Aslında sorunun geçmişi çok eskiye gitmekte. Bir fiziksel olay ı kendin gözlüyorsan bunun gerçek olduğunu algılıyorsundur. Ama bir olayı kaydedecek gözlemci yoksa gerçek nedir, ne değildir? Bu tartışma konusu. Sorunu felsefeciler kendi aralar ında çözümleyebilmiş değiller. Kuantum mekaniği tartışmayı daha da karmaşık hale getirmiş. Çünkü kuantum mekaniğinin gelişiyle gözlemci, gözlenen, ölçme kavramlar ı iyice ön plana çıktı. Kuantum mekaniğinde temel yorumlardaki zorluklardan bir tanesi şundan kaynaklanıyor: Diyelim ki; gözledi ğiniz sistemi belli bir ilk durumda ald ınız ve üzerinde ölçüm yapmaya hazır hale getirdiniz. Sistemin ilk kuantum durumunu du rumunu belirlemek için bir dalga fonksiyonu kullanalım ve q gözlenirini ölçelim. Kuantum mekani ğinin temel varsayımlar ından birisi de şudur: q gözlenirini ölçtüğünüz zaman, q gözlenirine kar şılık gelen ve sistem üzerinde işlem yapan bir Q operatörünün özdeğerlerinden bir tanesi ölçüm sonucu olarak kar şınıza çıkar. Her özdeğere kar şı gelen bir özfonksiyon vardır. Bu özfonksiyon sistemin durumunu belirler. Max Born’un ve daha sonra Amerika’ya yerleşerek sistem teorisi ve bilgisayarlar ın işleyiş algoritmalar ı üzerine buluşlar ını yapacak olan, Macar matematikçi John Von Neumann’ın 1932’de geliştirdikleri kuantum ölçme kuramına göre, eğer kuantum sisteminin ilk durumu bir dalga fonksiyonu ile belirlenir ve q gözleniri ölçülürse, ölçüm sonrasında sistemin durumu, ölçtüğünüz özdeğere kar şı gelen özfonksiyonun tanımladığı son duruma gider. Yani sistemin durum değiştirmesi söz konusudur. Her ölçüm, sistemin durumunu değiştirir, sistemi bir durumdan ba şka bir özduruma taşır. Sistem, aynı sistem üzerinde q gözlenirini ikinci bir kez daha dah a ölçerseniz, sistem q’nun özdurumun da olduğu için dalga fonksiyonu değişmez, aynı kalır. Burada dalga fonksiyonunun verilen herhangi bir ilk durumundan, ölçülen gözlenirin bir özdurumuna geçişi, dalga fonksiyonunun çökmesi ya da yıkılması şeklinde tabir edilir. Böylece kavramsal pek çok sorun devreye girmiş oluyor. Çünkü ölçüm sırasında durumlar arasında yavaş ve düzgün bir geçiş yoktur. Ölçüm yapılır yapılmaz, anında, dalga fonksiyonu özfonksiyonlar ının birisine çöker. Dalga fonksiyonu nasıl birdenbire değişebilir? İşte kuantum mekaniğinde gerçeklik sorununun da, daha sonra tartışacağımız nedensellik ilkesinin geçerli olup olmad ığı konusundaki kavramsal sorunlar ın da kaynağında dalga fonksiyonu çökmesi var. Bu varsayım, kuantum ölçme kuramının temel taşlar ından birisi. Başka bir gözlenir daha düşünürseniz, işler iyice kar ışık. Bir q gözleniri, bir de p gözleniri olsun. Genelde q’nun özdurumu p’nin özdurumu olmak zorunda değildir. O halde önce q gözlenirini ölçersiniz dalga fonksiyonu q’nun özfonksiyonuna çöker. Daha sonra p’yi ölçerseniz, q’nun özfonksiyonu bu sefer p’nin özfonksiyonlar ından birisine çöker. Hâlbuki önce p sonra q’yu ölçtüğünüzde dalga fonksiyonu sonunda q’nun bir özfonksiyonuna çökecektir. Yani birbiriyle uyumlu olmayan iki gözleniri hangi s ıra ile ölçtüğünüze bağlı olarak son durum farklı çıkmaktadır. İşte belirsizlik ilkesi buradan çıkıyor.

NÖROKUANTOLOJ İ İ(KUANTUM N)  (KUANTUM BEY İ  İ N)

GELİŞİMİ

Beynimizdeki yüz milyar ı aşkın sinir hücrelerinden her biri kapsamlı bir kuantum bilgisayar ı mı acaba? 10 yıldır, kuantum fiziği ve sinirbilimleri üzerinde çal ışanlar, birbirlerinin alanına ilgi göstermeye başladılar. Önce fizikçiler, sinir sistemi alan ına ilgi gösterdiler. Daha sonra sinirbilimciler geride kalmayarak, kuantum fizi ği alanına ilgi gösterdiler. Uygun platformlarda olmamakla beraber, garip şekilde kuantum fiziği konferanslar ında “bilinç, bilinçli ölçme, gözlemci” kavramlar ı üzerinde konuşulmaya ve tartışılmaya başlandı. Sinirbilimleri konferanslar ında, sinir hücreleri arası iletide kuantum fiziğinin yerinin olup olmayacağı, sadece klasik fizik tanımlamalar ının beynimizin bazı işlevlerini açıklamada yetersizlik gösterdiği konuşulmaya başlandı. Ve 2000 yılından sonra, sinirbilimcilerinin ve kuantum fizikçilerinin bir araya geldikleri, “Kuantum Zihin” ba şlıklı akademik toplantılar ı yapılmaya başlandı. Bu toplantılardaki konuşmacılar, artık “Yeni Çağ” yazarlar ı ya da elle tutulur temeli olmadan her şeye kuantum fiziğini sokan amatörlerden oluşmuyordu. Tersine, bunlar ın çoğunluğu önde gelen fizikçi, sinirbilimcilerdi. sinirbilimcilerdi. Yapt ıklar ı ya da yazdıklar ı da bilimin nesnel tanımının dışında değildi. Kuantum fiziği, süperiletkenlik, atom altı parçacıklar ın tanımlanması gibi birçok önemli buluşun yolunu açarken, o zamana kadar anlaşılamayan birçok hadiseye de yeni bir  pencereden bakma imkânı getirmişti. Bu alanlardan bir tanesi de, özellikle son yıllarda kuantum fiziğindeki görüş ve buluşlardan etkilenen sinirbilimleri oldu . Bilinen evrendeki en karmaşık yapılanma biçimi olan sinir sistemi, klasik bilimsel paradigmalarla tam olarak anlaşılamayacak derecede karmaşık özellikler sergiler. Sadece sinir hücreleri ve onlar ın arasındaki kimyasal haberleşmenin ayr ıntılar ını ortaya çıkarmaya yönelik yapılan çalışmalar, geçtiğimiz yar ım yüzyılda beynin işleme mekanizmasını büyük ölçüde aydınlatmış olmasına rağmen, halen sinir sisteminin işleyişiyle ilgili büyük sorular yan ıtlanamamış durumdadır. Bu sorular arasında; bilincin doğası, benlik algısının oluşması, sinirsel eşgüdüm (neuronal synchrony) ve “Bağlantı

Sorunu (farklı duyusal girdiler nasıl oluyor da tek bir benliğin algılar ı halinde birleştiriliyorlar?)” gibi temel sorunlar en fazla öne çıkanlar ıdır. Sinir hücrelerinin "elektrikle" çal ıştığı hemen herkesin malumudur. Sinir hücreleri, etraflar ını çeviren zarlarda bulunan iyon (Sodyum, Potasyum, Kalsiyum vb. iyonlar ı için geçirgen olan) kanallar ı sayesinde, hücre içi ve dışı arasındaki elektriksel potansiyelleri düzenleyerek aktivite gösterirler. Her bir sinir hücresi, son derece karmaşık, muhtemelen tamamen biyolojik kurallara dayanan ve henüz tam olarak anlaşılamamış ve elektriksel etkinliğini, girdi ve ç ıktılar ına göre düzenleme yeteneğine sahip bir birimdir. Art ık bir tek sinir hücresinin nasıl çalıştığı, uyar ılar ı nasıl alıp nasıl ilettiği hakkında pek çok bilgi mevcuttur. Evrenin parçalar ına bölünerek anlaşılacağını kabul eden indirgemeci yaklaşımın, tüm bilimsel düşüncedeki kayıtsız şartsız hâkimiyeti, hücresel faaliyetlerin en ince moleküler düzeylere kadar araştır ılmasının, sinir ve diğer sistemlerin anlaşılmasındaki "tek" altın anahtar olduğu sanr ısının ortaya çıkmasına neden oldu (nöron doktrini) . Buna bağlı olarak bizler de, hücrelerin içerdikleri moleküller ve bunlar ın birbirleriyle olan karma şık ilişkileri üzerine bir y ığın bilgi sahibi olduk. Fakat halen, özellikle beynin yüksek fonksiyonlar ı (bilinç, haf ıza, entelektüel düşünce, karar verme, zekâ vb.) konular ında söyleyebileceklerimiz oldukça s ınırlı ve doyurucu olmaktan henüz çok uzaktır. Bu tip olgular ı açıklamaya çalışan bilimciler, zamanla, tek tek sinir hücrelerinin hü crelerinin faaliyetlerine bakılarak bir türlü açıklanamayan bu olaylar ı, sinir hücrelerinin gruplar  halindeki faaliyetlerine bağlı olduğunu fark ettiler. Zaten sinir sistemi çalışmalar ının başlangıcından beri, (beyin fonksiyonlar ının hücresel bağlantılardan ortaya çıktığı yönündeki) bağlantıcı (connectionist) kuram genellikle geçerliliğini korumaktadır. Burada bahsedilen gelişme, kuantum fiziği olmak üzere, fizi ğin yeni dallar ının şaşırtıcı bulgular ının, canlı sistemlere de uygulanmaya başlaması ile ortaya çıkan yeni bir anlayış biçimidir. Özellikle, elektriksel osilasyonlar (sal ınımlar), hücre gruplar ının ortak boşalımlar ı gibi kavramlar ın sinir bilimindeki fonksiyonel önemleri, gün geçtikçe daha bir  önem kazanmaya ve daha fazla tartışılmaya başlandı. Ülkemizde de Multidisipliner  Beyin Dinamiği Araştırma Grubu adı altında TÜBİTAK bünyesinde faaliyet gösteren bir  bilimci grubu, beyin dinamiklerini de ğişik disiplinlerin verileri ışığında değerlendirmeye ve daha kapsayıcı bir anlayışa ulaşmak üzere çalışmalar ını sürdürmekteler. Kuantum fiziği alanında yaşanan baş döndürücü gelişmeler, maddenin farklı tezahürlerini araştıran tüm bilim dallar ında da ilham verici etkiler yapmaktadır. Sinirbilimleri (neuroscience) alan ı da bu ilhamlardan en fazla nasiplenenlerden bir tanesi. Sinir sistemindeki karma şık yapının gittikçe daha açık bir biçimde ortaya konmasıyla, sinirsel işlevlerin nasıl olup da üretilebildiği sorunu, çözüleceğine, gittikçe büyümektedir. Son yıllarda, kuantum fiziğindeki bulgular ı sinirbilimlerinin sürekli geni şleyen bilgileriyle harmanlayarak yeni açılımlar getirmeye çalışan kuantum sinirbilimi (veya nörokuantoloji), yeni ve umut vadeden bir bilim dalı olarak genişlemesini sürdürüyor. Dünyada kuantum sinirbilimi, öncelikle H. Fröhlich’in moleküler titre t itreşimlere ilişkin (Fröhlich oscillations) fikirleriyle ba şlamış, daha yakın zamanlarda ise Nobel ödüllü matematikçi Roger Penrose ile bir anestezi uzmanı olan Stuart Hammeroff’un ortak çalışmalar ıyla (Orch OR kuramı) hızlı bir gelişim sürecine girmiş bulunmaktadır. Şu anda halen yoğun olarak hipotez ve kuram aşamasında olan bu yeni bilim dalı, deneysel alanlara doğru gelişimini sürdürmektedir. 1990’da başladığından beri sinirbilimi üzerine yapılan çalışmalardan elde edilen veriler büyük bir hızla artmaktadır. 1905 yılında sinir 

hücresi öğretisi ile Nobel ödülü alan Santiago Ramon Cajal’dan, yakın zamanda bellek üzerindeki çalışmalar ı ile Nobel alan Eric Kandel’e kadar 100 yıllık sürede çok şeyler  öğrendik. Nörogenetikle, genin işlevi ile beynin işlevi ve hastalıklar ın temelini anlamaya başladık. 1950’lerde beyin görüntülemesi için sadece anjiyografi ya da pneumoansefalografi kullanılırken, bugün işlevsel beyin görüntüleme yöntemlerine ilaveten birçok elektro fizyolojik yönteme de kavuştuk. Bu yüzyılda sinir bilimlerindeki gelişmelerle birçok alanda zaferler kazandık: birçok sinir sistemi enfeksiyonlar ını antibiyotikler ve antivirallerle tedavi edebilir olduk, sinir ve kas hastal ıklar ına yönelik gelişmiş tanı yöntemleri kazandık, felçlerde pıhtı çözücü tedaviye başladık. Parkinson, Alzheimer ve epilepsi, amyotrofik lateral skleroz gibi hastal h astalıklarda ideal olmasa da uygun tedavi yaklaşımlar ını başlattık... Tedavi edemediğimiz hastalıklar ın oluş nedenlerini anladık... Bir zamanlar etkin tedavisi olmayan nörolojik hastalıklar artık nihilizmden kurtuldu. Beyin On Yılı, beyin görüntülemesi ile genetiğin muazzam potansiyelini önümüze koydu. Bütün bunlara ilave olarak bilişsel bilimlerde son y ıllarda elde edilen veriler, yüzyıllardır devam eden felsefi konularla birleştirilerek nörofelsefe ortaya çıktı. Türkiye’de de konuyla ilgili çalışmalar yapan araştırmacılar mevcut. Ayr ıca, İzmir’de Dr. Sultan Tarlacı’nın editörlüğünde 2002 yılından beri yayınlanan Neuroquantology dergisi, bu dalın önemli isimlerinin birbirinden ilginç çal ışmalar ıyla dolu ve Türkiye’de yayınlanan önemli bir bilimsel e-dergi (www.neuroquantology.com). Temel odağı “bilinç ve sinir  sisteminde kuantum fiziğinin olası işleme mekanizmalar ı” olan dergi, buna bağlı her türlü kavramı “bilimsel çerçevede” ele almaktadır. Dergi, Türkiye’de ve dünyada kuantum sinirbilimleri alan ındaki teorik ve pratik bilgilerin tartışıldığı ve geliştirildiği önemli platformlardan birisi haline gelmiş durumda. Dolayısıyla Nörokuantoloji kuantum fiziği kurallar ını sinir bilimlerine uygulama aç ısından korrespondenz(muharebe, yazışma) bir  alanın adıdır. Bu nedenle, Nörokuantoloji, önbilim (ProtoScience) olarak da görülebilir. Kuantum sinirbilimleri sadece beyin ara ştırmalar ını yeni bir yola sokmakla kalmayacak, muhtemelen yakın bir gelecekte geliştirilecek olan kuantum bilgisayarlar ının temel çerçevesinin tanımını yapmaya imkân vererek, önemli teknolojik geli şmelere de yol açabilecek gibi görünüyor. Bu bilim dalı, sinir sisteminin i şleyişi ile ilgili birçok yeni bulgular ı ortaya çıkarabilecek ve evreni anlamaktaki yegâne aracımız olan beynimiz ve sinir sistemimize yepyeni bir aç ıdan bakmamızı sağlayabilecek yeni bir bilimsel bak ış açısı olarak kar şımızda durmakta.

NEDEN KUANTUM MEKAN İĞİ BEYİN YAPISINI AÇIKLAMAK İÇİN GEREKL İDİR Belli fizikçiler bilinç/zihin dinamiklerinde kuantum mekani ği kurallar ının etkisi olabileceğini öne sürerler.

Beyin kar ışık bir fiziksel sistem olarak makroskobik sinir hücresi sistemine ek bir  mikroskobik sistemden oluşur. İlki sinir ak ımı yollar ından oluşur(akson gibi). İkincisi, makroskobik sinir sistemiyle etkile şen kuantum mekanik çok parçacıklı sistemdir. İnsan beyninin mikroskop altı dünyası bilinci, zihni do ğurur.

(*** Kognitif sinir bilim, duyusal girdiler, bunlar ı algılama ve tanıma, geri çağırmak üzere bellekte kaydetme, karar verme ve motor(devinimsel) kontrol, içselliği dil ile aktarmayla ilgilenir. Ancak, bu süreçler esnasında ortaya çıkan, bilgisayarlarda olmayan, bilinç ve düşünme ile ilgilenmez.) Kuantum mekaniğin özellikleri olan bit, yerel olmama ve dolaşıklık, tünelleme, parçacıklar arası etkileşimleri Bose- Einstein Yo ğunlaşması, maddeye eşlik eden dalga ve alanlar bize beyni anlamada yeni ufuklar açabilir. Bir kuantum bit, klasik bitin sağladığı seçenekler olan 0 ve 1’den çok çok daha fazlasını sağlar. Kuantum bilgisine işlenen bit, kubit(Q-bit) olarak adlandır ılır.│0>, │1 şeklinde gösterilir. Klasik bit “0” ve “1” değerlerini almasına kar şın kubit, iki klasik duruma ilave olarak farklı

durumlarda alabilir; │0>, │1 ve her ikisinin üst üste binmesi durumlar ı, yani aynı zamanda hem │0> hem de │1> durumunda olabilir. Bilgi işlemedeki temel birimler sinir hücreleri(nöron) olmayabilece ği yönünde güçlü kanıtlar vardır. Temel işlem birimleri mikrotübüler tübilinler ya da dendrit üzerindeki dikensi çıkıntılar olabileceği yönünde kanıtlar vardır. Klasik bilgilere göre, kalsiyum potasyum gibi iyonlar kendilerine kend ilerine ait iyon kanallar ından seçici olarak geçerler. Ve her iyon bir iyon kanalından geçer. Ancak, kuantum fiziksel açıdan bakıldığında bir iyon sadece bir iyon kanalından geçerek etki etmez. Bir iyon bir  iyon kanalından geçmesine kar şı, diğer komşu iyon kanallar ı üzerinde de belli bir etkide bulunur. Örneğin kalsiyum iyonunun çapı santimetrenin yüz milyarda biridir. Kuantum belirsizlik ilkesine göre, bir kalsiyum iyonunun belirsizli ği 0,04 cm dir. Bu değere bakıldığında belirsizlik etki alan ı, kendi asıl çapının 100 milyon katı bir alana yayılır. İyon kanallar ının mikrometre karede 2000 ile 12 bin arasında olduğu düşünüldüğünde ve beyinde milyarlarca kalsiyum kanal ı göz önüne alındığında bu etkinin inanılmaz olduğu bir gerçektir. Ayn ı durum sadece iyonlar için geçerli değil, sinir ileticileri içinde geçerlidir. Bir sinir ileticisi tek bir al ıcısına(reseptöre) bağlanmakla beraber, aslında yakın komşuluğundaki diğer reseptörlere de etki eder. Örneğin, 8 nanometre çapındaki bir sinir  ileticisi 63 nm genişliğindeki bir alanda etki eder. Etki olayı sadece klasik fizikte oldu ğu gibi, bir anahtar ın kilit içerisine girmesi ve kap ıyı açması şeklinde değil; diğer kapılar ın açılmasına da etki etmesi şeklindedir. Sinir sistemindeki haberleşme, kimyasal sinir ileticilerinin, hücreler aras ı bağlantı noktalar ında (sinaps) hareketi ile ortaya çıkar. Bu sinaptik yapılar makroskobiktirler. Kimyasal ileticilerin de %95’i peptid yap ısındaki makroskobik yapılardır. Mini proteinler  100 aminoasit kadar yapıdan oluşur ve en fazla 10 bin atomik kütle ağırlığındadırlar. Çoğunun boyutlar ı ise 10 nm kadardır. Heisenberg’in belirsizlik ilkesi dü şünüldüğünde, peptidlerden birinin hız değişimi ∆v=0.63 nm/saniyedir. Bu peptidler hem hücre içi hem de hücreler arası ortamda, beyin içinde hareket ederler. Belirsizlik ilkesine göre bir  peptidin yeri ∆s=∆v.∆t=63 mm’dir. Bu değer, peptidin etki edeceği algılayıcısına (reseptör) göre çok uzun bir mesafedir. Bu nedenle kuantum belirsizlik ilkesi sinir  ileticilerinin alg ılayıcılar ına etki etmesinde göz önüne alınabilir. Yine peptidlerin üst üste binmesi de (kuantum üst üste binme=superpozisyon) olabilir. Ayr ıca, sinir ileticilerinin davranışlar ımız ve karar vermelerimizde etkisi oldu ğundan, kuantum belirsizlik/olasılık ilkelerinin devreye giriyor olmas ı mümkündür. Bunun yanında, kuantum mekaniğine özgü olan tünelleme, muhtemelen sinir ileticilerinin kimyasal bağlantı noktalar ında(sinaps) serbest bırakılmasında veya iyonlar ın hücre zar ından geçişlerinde de devreye girer. Bu tünelleme beyinde sürekli olan düşünce akışımız, elektriksel olarak kaydedilen beyindeki zemin gürültüsü ve minyatür son plak potansiyeli denen boşalımlardan(20–40 Hz) sorumlu olabilir. Memelilerde s ıkı bağlantı bölgelerindeki etkileşim tamamen elektriksel olduğu için bu elektriksel sinir hücreleri arası bağlantı bölgelerinde büyük bir olasılıkla tünelleme yoğun olarak devreye girmektedir. Tünelleme olayı beyne bütüncül olarak baktığımızda bilincimizi olu şturan en önemli etken olabilir. Beyin en önemli özelliği, bütüncül beyin çalışması ve eş durum halidir. Bu eş durum halini ve bütüncül beyin çalışmasını sadece sinir hücrelerinin oluşturduğu, basit iyon geçişleri ile birbirine ba ğlanan ağlarla açıklamak zor görünmektedir. Normal düşünce

hızımız ve akışımız, beynin bütüncül çalışmasına klasik yönden bakıldığında çok çok hızlıdır. Bu bütünlüğü ve eşdurumlu çalışmayı açıklamak için kuantum mekaniğinde olan Bose- Einstein yo ğunlaşması ideal bir yakla şım olabilir. Bose- Einstein yo ğunlaşması cansız madde de sıklıkla ortaya konulabilmesine kar şın, biyolojik olan canlılarda da benzer durumun, dışar ıdan enerji desteği ile mümkün olabileceği öne sürülmektedir. Bu şekilde gerçekleşecek bütüncül çalışma; bilinç, zihin, düşünce, kişilik ve bir bütün olarak hissettiğimiz BEN’li ği oluşturuyor olabilir. Lotka, beyindeki kuantum mekaniğinin yeri hakkındaki fikirlerini Elements of Physical Biology adlı kitabında (1924) öne sürdü. Lotka’ya göre zihin beyni, tam olarak rastlantısal düzende ortaya çıkan kuantum sıçramalar ı ile kontrol ediyordu. Lotka’nın bu fikirlerinden bir yıl sonra (1925), Bose-Einstein Yoğunlaşması (BEY) teorik olarak öne sürüldü ve ancak 1995 yılında deneysel olarak başar ıldı. BEY’a göre, bütünü oluşturan birimler bazı şartlar altında eşdurumlu ve aynı olarak davranabilirler. LASER’de aslında bir BEY’dır ve eşdurumlu hale geçen LASER ışığını oluşturan fotonlardır. Fotonlardan daha büyük olan atomlarda belli şartlar altında (çok düşük ısı) eşdurumlu olarak davranabilirler. Hepsi aynı davranışı sergilerler. Tıpkı bir dans topluluğu gibi hepsi hareketlerinde aynı ritme uyarlar. Elemanlar bireyselliklerini kaybederler. Beynin bütüncül çalışmasına benzeyen bu fiziksel sistemin, bir ölçüde beyinde de olabileceği tartışılmaya başlandı.

Bose-Einstein yoğunlaşması bozonlardan oluşan maddelerin mutlak sıf ır sıcaklığına çok yakın değerlere kadar soğutulmasıyla ortaya çıkan maddenin bir halidir. Bu süper  soğutulmuş maddede atomlar ın büyük çoğunluğu en düşük kuantum durumlar ına çöker  ve böylece makroskopik skalada kuantum etkileri göstermeye başlar. Bazı durumlarda, uygun koşullar sağlandığı takdirde, makroskobik bir sistemi olu şturan elemanlar, birdenbire, son derece ahenkli bir "dans" içine girip, birbirlerinin tıpatıp aynısı olan ortak bir dalga işlevine göre "eşdurumlu" (coherent) hale gelebilmekteler. Bunun sonucunda da, parçacıklar ın ahengini sağlayan o minicik kuantum olas ılık etkileri, makroskobik bir karakter kazan ıp görünür hale gelirler. Bu sistemler, böyle bir olayı birbirlerinden bağımsız olarak tahmin eden Hintli fizikçi Bose ile Einstein'ın adlar ına hürmeten "Bose-Einstein yoğunlaşmalar ı" (condansate) olarak bilinirler. Bose-Einstein yoğunlaşmalar ının en ünlü örneklerinden birisi, "üstün iletkenler "dir. Üstün iletkenlik, normalde elektrik akımına kar şı bir direnç göstererek elektrik akımının geçmesi sırasında ısı oluşturarak akımın sönümüne yol açan iletkenlerin, soğutulduklar ında (yaklaşık -200 dereceye kadar) akıma kar şı neredeyse sıf ır düzeyde direnç göstermeleri şeklinde ortaya çıkan bir hadisedir. Böyle bir üstün iletkende ilerleyen akım, teorik olarak yüzlerce y ıl boyunca herhangi bir sönüme uğramadan yoluna devam edebilir. Teorik olarak, elektrik akımına kar şı oluşan direnç, iletkeni oluşturan atomlar ın rasgele hareketlerinden kaynaklanmaktadır ve bu rasgele titreşimler  de parçacıklar ın farklı dalga işlevleri ile yakından ilişkilidir. Böyle bir sistem soğutulduğunda, atom ve molekül hareketleri gittikçe azalacak ve mutlak sıf ır (-278 santigrat) noktasında tüm sistemi olu şturan parçacıklar aynı dalga işlevine sahip bir  Bose-Einstein yoğunluğu oluşturarak "eşdurumlu" bir sistem haline dönüşeceklerdir. İşte bu sayede elektrik akımına kar şı gösterilen direnç son derece azalacak ve "üstün iletkenlik" durumu ortaya çıkacaktır. Bildiğim kadar ıyla, daha yüksek sıcaklıklarda

çalışabilecek üstün iletkenler üzerine çalışmalar hızla sürmekte ve muhtemelen ilerideki kuantum bilgisayarlar ının temelini de bu tip devreler oluşturacak. Bu örnekler, Bose-Einstein yo ğunlaşmalar ının istisnai makroskobik örneklerinden bazılar ıdır. Bu tip hadiselerin önemli bir özelliği, kuantum etkilerinin büyük boyutlara taşınarak gözle görülebilir sistemleri etkileyebilir hale gelmesidir. Sinir bilimleri aç ısından, beyin gibi büyük bir organın ve zihin gibi karma şık bir işlevin açıklanmasında, bu fikir  oldukça ilginç açılımlara yol açmıştır. Özellikle son 50 yıldır, bu "eşdurumluluk" ve BoseEinstein yoğunlaşmalar ının, bilincin temelini ve bilinç bilimindeki "ba ğlantı problemi", "teklik tecrübesi" gibi sorunlar ı açıklayabilecek bir zemin olu şturabileceği konusunda ciddi savlar boy göstermeye başlamıştır. Aslında her an bedenimizde de kuantum mekanik olaylar işler. Kumsalda güneşlenirken bronzlaşma, dış dünyadaki nesneleri görme kuantum mekanik olaylardır. Mitokondrial ve hücresel H iyonu değişimi, solunum zincirindeki elektron transferi, hücrede enerji elde etmek için çalışan krebs döngüsü… Bütün bunlar kuantum mekanikseldir.

 











Beyinde kuantum mekaniği gibi yerel değil bütüncüldür. Kuantum mekaniğindeki dalga-parçacık ikili ği, ruh-beden, zihin-beyin ikiliğine benzerlik gösterir. Fizik-sinir bilimlerin iç dünyas ı olan insanla dış dünyayı oluşturan uzay arasında bir bağlantı noktası olacağı fikri. Tıp→ Biyoloji →Organizma→Organlar →Dokular →Biyokimya+Fizik(KUANTUM+KLASİK MEKANİĞİ) gibi bir indirgemeyle parçacık düzeyine ulaştırabileceği… Sinir hücreleri aras ı iletimi sağlayan sinir ileticileri, klasik fizik yasalar ıyla açıklanabilir ama bu açıklama sinir iletimi ve sonucunda gerçekleşen olaylar ı açıklamakta yetersiz kalmaktadır. Zihin-beyin, bilinç sorununa şimdiye kadar uygun bir açıklama getirilememesi kuantum fiziğinin etkisinin olduğu fikri Beynin kütlesi ve belli bir potansiyele sahiptir. Mikroskobik boyutlardaki enerji transferinde kuantum mekaniğinin etkisinin olduğu düşüncesi.

Ancak beyinde kuantum mekaniğinin işlediğinden bahsetmek için bazı postulalar  gereklidir. Kuantum mekaniğinin işleyebileceği yapılar; 1.uzak mesafelere yayılabilmeli, 2.çevreden iyi yalıtılmış olmalı, 3.çok kısa sürede kuantum durumlar ının ortaya çıkmasına izin verebilmeli, 4.bütün beyin sinir hücrelerinde bulunan bir özellikte olmalıdır. Elimizde, bunlar ın bir kısmını kar şılayan kuantum beyin teorileri vardır.

Kuantum kuramının tanımlar ı, alternatif olasılıklar çok küçük düzeyde kaldığı surece, yalnızca molekül, atom veya atom altı parçacıklar düzeyinde değil, daha büyük ölçeklerde de uygulanabilmektedir. Mikroskobik kuantum ve makroskobik = makroevrensel klasik dünya arasındaki sınır, 1980’lere doğru keskinleşmeye başladı. 1983’te çevreden yeterince uygun şekilde konumlanabilirse makroskobik sistemlerinde kuantum sistemleri gibi davranabileceği gösterilmiştir.

KUANTUM GÖZLEMC İ SORUNUNUN NÖROKUANTOLOJ İSİ Kopenhag Okulu: Gözlemci, dalga fonksiyonu olasılığıyla rastlantısal sonuçlar ı görür. Gözlem ile e şleşen tek bir sonuç ortaya çıkar. Dalga fonksiyonunda çökmeye gerek duyar. Olasılıklar dalga fonksiyonu ile belirlenir. Rastlantısaldırlar. Schrödinger  denklemini bozar. Von Neumann, Kopenhang yorumunun dünyayı gözlemci ve gözlenen sistem olarak ikiye ayırmasına kar şı çıkmıştır. Bunlar ın gerçekte tek olduğunu ve dalga fonksiyonunun çökmesi için yeni bir fizik yasas ının devreye girmesi gerektiğini öne sürmüştür. Bu gerçekte var olan ve fiziksel olmayan bir şey olmalıydı. Sonunda Neumann bunun “bilinç” olması gerektiği kanısında var ır. Hugh Everett’in çoklu zihinler yorumu(Çoklu zihinler ifadesi, farklı beyinlerdeki bölünmüş zihinsel durumlar ı ifade eder.), gözlemleyen atomun kuantum konumlar ının sadece olasılık değil, gerçek olduğunu söyler. Bu ilginç teoride, olasılık durumlar ından her biri farklı evrenlerde gerçek olarak bulunur. Everett’e göre, olası her şey dev bir evren içinde küçük olasılık evrenleri olarak bulunur. Olasılık durumlar ından her birini gözlemleyen insanlar birçok alt evrende bulunur. Ancak bu insanlar ın birbirinden haberi olmaz. Bütün olaylar ise bu dünyada gerçekleşir. Bu modelde olasılıktan gerçeğe gözlemcilerle yaratılan gerçeklik geçişleri yoktur. Everett’in teorisi iki soruya cevap veremez. Birincisi, dünya eğer makroskopik üst üste binmeleri içeriyor ise niçin onlar ı algılayamadığımız; İkincisi ise, hangi fiziksel mekanizmalar ın klasik son durumlar ı seçtiğidir? Bilincin fiziksel bir arka plan ı ve temeli vardır ve bu fizik terimleri ile ortaya konulabilir  konu labilir  olduğunu gösterir. Eşdurumdan çıkma ya da üst üste durumun çevresel nedenle tek bir  sonuca ulaşması (decoherans) gerçek bir fiziksel olaydır ve fizik laboratuarlar ında incelenebilmiştir. Kuantum belirsizli ğinden klasik gerçeklik düzeyine geçiş, kuantum ölçüm esnasında olur ve ölçülen nesne üzerinde dışsal etkilerle bunun olabileceği öne sürülür. Ölçülen nesne “açık” bir kuantum sistemidir. Aç ık sistemlerin nas ıl davranacaklar ını çevre ile olan etkile şimleri belirler. Herhangi bir gözlem(ciy)e gerek duyulmaz. Eşdurumdan çıkmayı anlamanın en kolay yollar ından biri dalga fonksiyonunun “yoğunluk matrisi” ile yola ç ıkmaktır. Her dalga fonksiyonu için bir yoğunluk matrisi vardır ve bu matrislerin de Schrödinger dalga denkleminde bir kar şılığı vardır 

Evren hakkındaki fizik yasalar ı” nesnel bilgi” ile dile getirilir ve bigi ancak gözlemler  aracılığı ile elde edilir. Gözlemler ise yaln ızca ölçme süreci ile gerçekle ştirilebilir. Bu nedenle de gözlem bir anlamda ölçme ile eş anlamlıdır.

NOROKUANTOLOJİDE YENİ BİLİMSEL YAKLAŞIMLAR

Eccles’ın Dendron ve Psikonlarda Kuantum Tünellemesi

Eccles klasik fizi ğin dışına çıkarak, fizikçi Frierich Beck’in yard ımıyla, zihin-beyin etkileşimini açıklamaya çalıştı. Teorisinde, beyin kabuğunun ince temel yapısı ile kuantum fiziğini birleştirdi. Eccles’a göre beyin kabuğunun esas temel birimi dendrondur. Dendronlar ın zihinsel temsilcileri ise psikonlard ır.

Eccles’a göre, zihinsel olaylar ın, beyinde nasıl sinirsel-elektriksel olaylar meydana getirdiği konusunda farklı bir teori gerekmektedir. Zihinsel olaylar ın sonucunda, zihinsel olaya bağlı olarak farklı beyin bölgelerinde kan akımı artışı ve şeker kullanımında artış meydana gelir. Bütün bu sonuçlar temelde keseciklerden sinir ileticisi boşalımının bir  yansımasıdır. Sinaps öncesi bölgeye ulaşan sinir uyar ısı, son düğümü uyararak, kalsiyum iyonlar ının içeri girmesine neden olur ve ardından kesecik içeriğinin boşalımı ortaya çıkar. Bu boşalım ilgili beyin kabuğu bölgelerinde kan akımı artışı olarak gösterilebilir. Ancak eksik bir halka vard ır. Düşünceler(öncel neden) nasıl beyinde belli bölgelerin aktivitesini, çalışmasını ve enerji kullanımını(sonuç) artırabilir? Sinaps öncesi bölgesinde, presinaptik kesecik ızgarası denilen üç açılı bir yapı bulunur. Küresel kesecikler 50–60 angström çapındadır. Sinir hücresinden ilerleyen elektriksel ya da iyonik elektrokimyasal uyar ı, aksonun ucundaki sinaps öncesi bölgeye ulaştığında, boşaltma olarak adlandır ılan, keseciklerden sinir ileticilrinin sal ınımına neden olur. Sinir  uyar ılar ının çoğu, bir presinaptik kesecik ızgarasından tek bir kesecik boşalımına neden olur. Bu sınırlama olasılıkla, parakristalin presinaptik kesecik ızgarasında keseciğin gömülmüş olmasından kaynaklanır. Sinir ileticilerinin bo şaltımı, beyin kabuğundaki temel birimsel aktivitedir. Her “hep-ya da hiç” boşaltımı ile sinir ileticilerin serbestle şişi, kısa süreli uyar ıcı sinaps sonrası potansiyele neden olur. Bir sinir hücresine yeterli büyüklükte bir uyar ı oluşturabilmek için (10–20 mili volt), küçük uyar ıcı sinaps sonrası potansiyellerin binlercesinin bir arada etki göstermesi gerekir.

Sinaps öncesi bölge, gelen elektrokimyasal uyar ı ile uyar ıldığında, boşaltma olasılığı 1’den daha az olan bir çerçevede ortaya çıkar. Bu termodinamik ya da kuantum mekaniğindeki istatiksel kavram ı akla getirir. Her dendritteki sinapslar üzerinde dikensi çıkıntılar ın binlercesinin oluşturduğu yerel uyar ıcı sinaps sonrası potansiyellerin bağımsız istatiksel toplamı, sonuç uyar ıcı sinaps sonrası potansiyeli oluşturur. Boşaltma, temel olarak presinaptik kesecik ızgarasında bir kanalın açılmasına ve sinaptik aralığa kesecikteki sinir ileticisi sal ınımına bağlıdır. Bu klasik fizi ğin kurallar ını kapsayan mekanik işlemdir. Olasılık salınımında, kuantum mekaniğinin rolünü incelemek için, kalsiyum iyonu etkisi de devreye sokulmal ıdır. Beck ve Eccles’a göre bu durumda, serbestlik derecesi 1 ile tek parçacığın(sinir ileticisinin) hareketi bir bariyer üzerinde modellenebilir. Bu modelleme kuantum mekaniği tünelleme işleminin benzeridir. Zihinsel olaylarla sinirsel olaylar ın oluşumu

Eccles ve Beck’e göre, beyin kabuğu dikkatle değerlendirildiğinde anahtar  mekanizmanın sinir ileticisi bo şaltımı olduğu görülecektir. Zihinsel çabanın yokluğunda olasılık genlikleri birbirinden bağımsız olarak etki ederler. Zihinsel yo ğunlaşma ile bir  dendronda, tam bir bütünlük içinde sinir ileticisinin boşalma olasılığı artar. Bu yolla çok sayıda olasılık genliklerinin bir araya gelmesi, eşdurumlu bir beyin meydana getirecektir.

Walker’in Kuantum Sinaptik Tünellemesi

Walker’a göre, sinir iletiminde öne sürülen kalsiyuma bağlı sinir ileticisi sal ınımı teorisi, klasik anlayışa göre, herhangi bir sinir uyar ımının(aksiyon potansiyeli) sinir hücresi sonlanımına ulaşması(presinaptik bölge), iyonize kalsiyum arac ılığı ile içinde sinir  ileticileri bulunan keselerin açılmasına neden olur. Salınım olasılığı ve keseciklerin açılması değişik faktörlere bağlıdır, p=0,01–0,9 arasında değişir. Yüksek p değerli sinaplarda, bazı kalsiyum bağlanma yerleri, uyaran gelmeden önce kalsiyum ile doldurulmuştur. Bu hazır bağlanmadan dolayı daha kısa sürede daha fazla salınım olur. Bazı proteinler salınıma yardım eder, sinir ileticisi sal ınımında devreye girerler: sinaptotagmin1 ve 2, munc–13,sintaksin… Bunlardan sinaptotagminler kalsiyum duyargalar ıdır ve hassasiyetlerinin 2 kat artması sinir ileticilerinin bo şaltılması olasılığını 16 kat artır ır. İki yüz kadar kalsiyum iyonu, tek bir b ir kalsiyum kanalının açılması ile salınımı başlatabilir.

Walker, sinir hücresi son k ısmında kesecik salınımına neden olan kalsiyumun enerjisinin sonuçta elektronlardan geldiğini belirler(Ca++ iyon yapısı nedeni ile).Genelde öne sürülen fikir, presinaptik bölgeye kalsiyum iyonunun deneysel de neysel olarak verilmesi, kesecik boşalımı ile ateşlemeye neden olur şeklindedir. Herhangi bir teorinin, sinir hücreleri arası bağlantı yerinin neden özel yapıda olduğunu açıklamasının gerektiğini, ancak kalsiyum teorisinin bunu yapamadığını öne sürer. Walker, geleneksel bakış açısından farklı olarak kalsiyum sinaptik geçişte ikincil bir görevi oldu ğunu düşünür. Bazı canlılarda elektriksel+ kimyasal iletim bir arada bulunur. Her iki tipte de elektriksel sinaplar ın bağıntı aralığı yaklaşık 150– 180 A0 aralığındadır ve sinir ileticisi içeren kesecikler bulunur. Kuantum mekaniksel tünelleme için uygun yapılardır.

Elektriksel sinaplarda, elektriksel iyonik ak ım doğrudan bir yerden diğerine geçer. Bu tür  sinapslar memeli beyninde ve retinasında bulunur. Bu sinapslar birbirine 3,5 nm kadar  yakın olabilirler(kimyasallar 20–40 nm aral ıklıdır).Kimyasal bir sinapta ileti gecikmesi 2msan iken elektriksel sinapta bu süre 0,2 msaniyeden çok çok kısadır. Dolayısı ile elektriksel sinaplar çok h ızlıdır. Bu hızdan ve sıkı bağlantı özelliklerinden, kuantum tünelleme için olduklar ı kadar bütüncül beyin çalışması(eşzamanlı nöronal boşalım) içinde en önemli yerdir. Sinaptik geçiş için elektrik ak ımı denklemi şu şekildedir;

I= α.e.ng. f MEPP MEPP

α :Molekül başına tünelleyen elektron sayısı ng: bir kesecik kapısı molekül sayısı e: elektron yükü f MEPP MEPP : motor son plak minyatür potansiyel boşalım frekansı(Minyatür motor son plak potansiyelleri, herhangi bir sinir salınımı olmadan, sinir sonlanım yerlerinden kaynaklanan, tamamen rastlantısal olduğu düşünülen potansiyellerdir.Bunlar motor son plak ”gürültü” ya da “dikenleri” şeklinde olabilirler ve yaklaşık 50 Hz salınım yaparlar.Walker’a göre bu salımınlar kuantum mekanik tünellemenin bir  sonucudur.Özellikle yak ın zamanda bilinçle ilişkilendirilen eşdurumlu gamma beyin dalgalar ının, Walker’in denklemleri ile uyumu olmas ı dikkat çekicidir.

Penrose ve Hameroff’un Kuantum Nesnel İndirgenmesi

Penrose kuantum mekaniğinde tartışma konusu olan, öznel ve nesnel indirgenme arasında da ayr ım getirir. Öznel indirgenme için bilinen açıklamayı yapar. Bir kuantum sisteminde ne olduğu gözlenene kadar herhangi bir özel durumda değildir. Gözlem, sistemde bir indirgenme/çökmeye neden olur. Bu geleneksel kuantum teorisinin bakış açılar ından biridir. Nesnel indirgenme ise Penrose’nin bir keşfidir ve görelilik ile kuantum mekani ğini birleştirme girişiminden kaynaklanır. Nesnel indirgenmeyi, kuantum mekaniksel bilinç teorisinin içine katar.

Üst üste binme durumlar ının her birinin kendi uzay-zaman geometrisi vardır. Özel durumlar altında, mikrotübüllerde de üst üste binme gerçekleşir ve sonuçta bir seçim gerçekleştirilir. Nesnel indirgenme, bir seçim yap ıldığında dalga fonksiyonunun çökmesidir. Çevresel proteinler bir dereceye kadar nesnel indirgenmenin ayarlanmasını yönetirler. Penrose ve Hameroff’a göre” ön-bilinç” bilgisi, temel Planck ölçeğinde, uzayzaman geometrisinde kodlanır. Bu ölçekteki olaylar bilinç durumlar ı ile sonuçlanır. Platonik bir bakış açısı da yakalayan Penrose, bilinç durumlar ının kendi dünyalar ında bulunduğunu ve bizim zihinlerimizin oraya ula ştığını öne sürer.

Penrose ve Hameroff beyinde, kuantum eş durumu üst üste binmesinin gerçekleşebileceği nesnel indirgenme ve bilinç doğabileceği en uygun yer aramasında bazı ölçekler kullandılar. Bunlar: 1.Sık bulunması 2.İşlevsel olarak sinir hücreleri aras ındaki bağlantıda ve hücre yapısının devamlılığında yer alması 3.Periyodik ve kristal benzeri yapıda olması

4.Dış çevreden etkilenmemesi için kendini izole edebilmeli 5.İşlevsel olarak kuantum seviyesi olaylar ı ile ilişkilendirilebilmeli 6.Tüpçük ve silindirik olmal ı 7. Bilgi işlemeye elverişli olmalıdır. Bütün bu özellikler kısmı olarak hücre zarlar ında, DNA’da, zar proteinlerinde ve sinapslarda vardır. Ancak bu özelliklerin tümü sinir hücreleri h ücreleri içindeki mikrotübüllerde vardır. Mikrotübüller; sinir hücrelerinde iskelet hücrenin çatısını sağladığı gibi sinir  hücrelerini birbirine bağlayan yerlerin çalışması da düzenlerler ve moleküler yapıdadır.

Mikrotübillerin kuantum bilgi i şleme de yeri olabileceği ve bilincin kayna ğını oluşturabileceği hala tartışılmaktadır.

Nesnel indirgenme modeli; sinir hücresi çalışmasını kontrol etme ve düzenleme, bilinç öncesinden bilinçli duruma geçme, hesap edilemezlik, nedensellik, “şimdi” içerisinde farklı üst üste binmelere bağlantı, zamanın ve bilincin akışı, ardışıklığı, özgür irade, bağlantı sorununu çözme: zihin- beyin nerede ilişkilidir.

Umezawa’nın Kuantum Alan Teorisi

Kuantum alan teorisindeki Nambu-Goldstone teoremi, vakumlar ın yapısını gayet iyi şekilde açıklar. Nambu-Goldstone bozonlar ı kütleleri sıf ıra çok yakın bozonlardır. Temelde çok küçük enerji oluşturmak için yeterlidir. Bunlar kütlesiz Bose- Einstein kuantumu olarak, su molekülünün kendi ekseni etraf ında dönmesine etkisi olan yeni bir  değişkendir. Kuantum alan teorisinde Nanbu-goldstone teorisi, herhangi bir yoğun ve devamlı simetrinin kendiliğinden kır ılması sonucu, kütlesiz bir kuantum olan NGB oluşumuna imkân verir. Vakumlarda aynı yönde olan düzenlenmeden sapma, bir  molekülden diğerine ardışık olarak, adeta dalga yayılması gibi aktar ılır ve ilişki vakumlarda kendiliğinden simetri kır ılması yapar.

Klasik fiziğin çok parçacığı ele alan, yerel olmayan, bütüncül ve eşdurumlu davranışı tanımlaması mümkün değildir. İleri derecede etkilenmeden kalma ve geniş ölçekli uyum durumu, termodinamik kanunlar ına göre güçlü enerji girdisinin yokluğunda mümkün değildir. Oysa kristaller, süper iletkenler ve ferromanyetik d ışar ıdan enerji kaynağı olmadan yapılar ını bozulmadan devam ettirirler. Bu maddelerin bunu nasıl yaptığı ancak kuantum alan teorisi ile açıklanabilir. Bellek için de ayn ı şey geçerlidir. Uzun süreli kalıcılığını devam ettirebilen ve tüm beyne geniş ölçekli olarak yayılabilen bellek, özelliğini kuantum alan teorisinin kurallar ını işletmesinden alır. Dışar ıdan gelen uyaranlar, eğer beynin zemin durumunda herhangi bir değişiklik yapmadan, kütlesiz Nambu-Goldstone bozonlar ı oluşturuyorsa, bilinç oluşmadan bellek oluşur.

Sonsuz bir hacimde bozonlar kütlesiz olduklar ından, en küçük bir enerji uyar ıma neden olabilir. Buna kar şın sonlu bir hacimde, NGB’ler sıf ırdan daha büyük kütle kazanırlar. Uyar ım enerjisi belli bir e şiğin üzerine yükseldiğinde, belleğin bilinçli kaydedilmesi gerçekleşir. Bu uyar ılma durumlar ının belli süreleri vard ır ve günlük yaşamımızda deneyimlediğimiz “hatırlama”, “uyanıklık”, “farkındalık” ve “dikkat” odaklamada aynı durum devam eder. Ancak zemin durumdan uyar ılmanın daima bir süresi vardır. Tıpkı yaşanılan deneyimlerin bir süre devam etmesi gibi. Kısa süreli bellek de benzer şekilde ele alınır. Kısa süreli belle ğin farklı türlerinde, beyindeki farklı uyar ılma seviyeleri devreye girer.

Kuantum alan teorisinin açıklayabildiği “bilinç-zihin” olaylar ı: 

Zihin/bilinç-beyin bağlantı sorunu



Bilinç birli ği



Zihin içeriği, öznellik



Algoritmik olmayan bilgi işleme



Özgür irade



Bellek oluşturma, hatırlama ve unutma



Anestezik maddelerin bilinci geçici kald ırması

Hu ve Wu’nun Spin Aracılı Kuantum Bilinç Teorisi

Yüksek voltajlı hücre zar ı içindeki eşleşmemiş çekirdek spinleri veya elektron spinleri bilinç için esas yerle şim yerleri olabilir.

Kuantum spin teorisine göre, bilinçli beynin çalışması özetle şu şekildedir: sinir  hücrelerindeki aksiyon potansiyelleri denen iyon değişimlerinin neden olduğu zardaki iyonik elektriksel ak ımlar atom çekirdeği spin etkile şimleri ve paramanyetik O2/NO(nitrik oksit) ile ayarlan ır. Hücre zar ı proteinleri içindeki çekirdek spinleri farkl ı derecelerde kuantum etki ederek, sinir hücreleri ağı makroskobik yapısını etkilerler. Bu etki ile de görünen bedensel hareketler veya duyumlar meydana gelir.

KAYNAKLAR www.kuantumbeyin.com www.neuroquantology.com www.genbilim.com www.tiptr.com http://archive.nqeprints.com Kuantum Beyin(Dr.Sultan Tarlacı) Dr.Sinan Canan