Beynimizdeki gürültüler

Bilim insanları beynimizi anlamaya çalışırken uzun yıllar boyunca tek bir hedefe odaklanmışlardır: karmaşık nöronal faaliyetler içinde düzenli, tekrarlanabilir ve öngörülebilir desenler bulmak.

“Gürültü” (neural noise) veya “değişkenlik” (neural variability) olarak adlandırılan rastlantısal dalgalanmalar ise çoğunlukla ölçüm hatası ya da deneysel protokolün kusuru olarak görülmüştür. Son on yılda bu yaklaşım hızla değişiyor.

Artık biliyoruz ki, bu görünüşte düzensiz dalgalanmalar beynin işlevselliğinin ve uyum yeteneğinin ayrılmaz bir parçasıdır.

Bu yazımızda bu paradigmanın altını çizerek beyin uyarımı araştırmalarında “sinirsel değişkenlik” (neural variability) kavramını merkeze alan Carlo Miniussi ve Marta Bortoletto’nun Neuroscience and Biobehavioral Reviews’da yayımlanan makalesini ele alacağız.

Yazarlar yürüttükleri bu çalışmada bireyler arasındaki nöronal farklılıkların ve hatta aynı kişinin farklı zamanlardaki “beyin durumlarının” nörostimülasyon sonuçlarını güçlü biçimde belirlediğini gösteriyor. Başka bir deyişle, “tek tip protokol” (uniform stimulus-locked effects / deterministic framework) yerine olasılıksal (probabilistic approach) ve bireye özgü bir yanıt dağılımı söz konusu olmakta. Bu yaklaşım, hem temel araştırmalar hem de klinik uygulamalar için daha etkili ve kişiselleştirilmiş protokollere kapı aralıyor.

Sinirsel değişkenlik ve “gürültü”nün işlevi

Makale, sinirsel değişkenliği “beynin doğal dalgalanmaları” olarak tanımlıyor. İyon kanallarının rastgele açılıp kapanmasından sinaptik iletimin değişkenliğine kadar pek çok hücresel süreç bu dalgalanmaların kaynağı. Yani beyin, tek bir uyarana her seferinde birebir aynı yanıtı vermeyip küçük sapmalar gösteriyor.

Bu “yanıt değişkenliği” aslında sistemin esnekliğini korumasını ve yeni bilgileri işlemeye açık kalmasını sağlamaktadır. Zayıf veya alışılmadık bir uyarı geldiğinde, arka plandaki gürültü sinyali karar eşiğinin üzerine taşıyarak algılamayı kolaylaştırabilmektedir. “Stokastik rezonans” denen bu olgu, belli bir düzeydeki dışsal gürültünün bile bilgi işleme kapasitesini artırabileceğini göstermektedir.

Uyarımda “tek protokol” yanılgısı

Non-invaziv beyin uyarımı uygulamaları (NIBS) -örneğin transkraniyal manyetik uyarım (TMS) ya da doğru akım uyarımı (tDCS)- bilişsel ve motor işlevleri modüle etme potansiyeline sahiptir. Ancak bugüne kadar yapılan çalışmalar, aynı protokolün farklı bireylerde çok farklı sonuçlar doğurabildiğini ortaya koymaktadır.

Bu çalışma bunun yalnızca teknik eksikliklerden değil, bireylerin kendine özgü “biyotiplerinden” ve anlık “beyin durumlarından” da kaynaklandığını savunuyor. Kortikal “uyarılabilirlik” düzeyi, uyanıklık hali, hormonal durum veya görev sırasında sergilenen bilişsel stratejiler gibi faktörler, uyarımın etkisini dramatik biçimde değiştirebiliyor.

Bu nedenle yazarlar, “deneysel değişkenlik” ile “sinirsel değişkenliği” birbirinden ayırmayı önermekteler. İlkinin titizlikle standartlaştırılarak en aza indirilmesinin, ikincisinin ise ölçülerek ve modellenerek protokollere entegre edilmesinin altını çiziyorlar.

Gürültüyü avantaja çevirmek: Olasılıksal ve kapalı döngü yaklaşımlar

Makale, NIBS uygulamalarının protokollerinin bireysel beyin durumlarına göre uyarlanmasını sağlayacak bir “olasılıksal çerçeve” de sunmaktadır. Bunun pratikteki karşılığı, EEG, MRI, davranışsal skorlar ve hatta genetik bilgileri birleştirerek uyarımın zamanı, şiddeti ve süresinin kişiye özel belirlenmesidir. Örneğin EEG’de alfa dalgasının belli bir fazında TMS uygulamak ya da kortikal kalınlık verisine göre akım yönünü seçmek gibi stratejiler, uyarımın etkisini öngörülebilir kılabilir.

Bir adım ötesinde, “kapalı döngü” sistemler (closed-loop protocols) sayesinde beyin aktivitesi gerçek zamanlı izlenerek uyarım parametreleri anında ayarlanabilir. Bu, bireyin anlık beyin durumuna göre dinamik bir müdahale anlamına gelir. Makalede bahsi geçen “sanal beyin ikizi” (virtual brain twin) kavramı, çoklu veri kaynaklarını kullanarak kişinin dijital bir beyin modelini oluşturmayı ve bu model üzerinden uyarım protokollerini optimize etmeyi hedefler.

Plastisite, uyarılabilirlik ve evreye bağımlılık

Yazarlar ayrıca uyarılabilirlik, sinaptik “plastisite” ve “gürültü” arasındaki ince ilişkiyi vurguluyor. Uyarılabilirliğin artması, yalnızca hedef sinyale yanıtı değil, rastlantısal nöronal ateşlemeleri de artırarak gürültüyü yükseltebilir. Bu durum bazen öğrenmeyi ve plastisiteyi kolaylaştırırken, bazen de performansı bozabilir. Dolayısıyla hem anlık beyin durumu hem de önceki deneyimlerin oluşturduğu “metaplastisite” eşiği dikkate alınmalıdır.

Gelecek perspektifi: Daha hassas ve kişiselleştirilmiş nörostimülasyon

Miniussi ve Bortoletto’nun çerçevesi, beyin uyarımını deterministik bir “girdi-çıktı” süreci yerine karmaşık ve dalgalanan bir sisteme uygulanan dinamik bir “pertürbasyon” olarak görmemizi sağlıyor. “Sinirsel değişkenlik”, artık aşılması gereken bir engel değil; bilinçli şekilde ölçülüp kullanılacak bir kaynak. Bu sayede nöromodülasyon teknikleri, beynin uyarılabilirlik ve inhibitör mekanizmaları arasındaki kritik dengeyi kişiye özel biçimde ayarlayabilir. Böylece hem araştırma sonuçları daha tekrarlanabilir hale gelir hem de klinik uygulamalar daha etkili olur.

Özetle bu çalışma aracılığıyla denilebilir ki; beynin “gürültüsü” (neural noise) yalnızca rastlantısal bir karmaşa yorumlanamaz, bu gürültü aynı zamanda öğrenme, esneklik ve adaptasyonun temeli statüsündedir. Yıllar içerisinde bilim insanlarının bu gürültüyü avantaja çevirecek yöntemler geliştirmesi, hem beynin nasıl çalıştığını daha iyi anlamamızı hem de non-invaziv beyin uyarım tekniklerinin potansiyelini en üst düzeye çıkarmamızı sağlayabilir.

KAYNAKÇA:
Miniussi, C., & Bortoletto, M. (2025). Harnessing neural variability: Implications for brain research and non-invasive brain stimulation. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 106312.