Nöroplastisite Nedir? LTP ve Neurofeedback İlişkisi

“Beyin 25 yaşından sonra gelişmez” cümlesini mutlaka duymuşsunuzdur. Aslında bu tam olarak doğru değil. Doğrusu şu: Beyniniz yaşadığınız her an değişiyor.

Korktuğunuzda, bir şeyi tecrübe ettiğinizde, yeni bir şey öğrendiğinizde, bir şeyler düşlediğinizde ve hatta bu yazıyı okurken bile beyniniz değişiyor ve yeniden şekilleniyor. Beynimizin bu becerisine kabaca nöroplastisite diyoruz. Peki nöroplastisite nedir ve neurofeedback ile ne ilgisi var? Bu yazı tam olarak bunu anlatıyor.

Bu yazıda nöroplastisitenin hücresel düzeydeki mekanizmasına, yani Uzun Dönemli Güçlenmeye (Long Term Potentiation, LTP) ve bunun neurofeedback ile ilişkisine bakacağız. Merak etmeyin, teknik ayrıntılardan çok günlük dille anlatmaya çalışacağım. Neurofeedback’in ne olduğunu ve nasıl çalıştığını henüz okumadıysanız, önce Neurofeedback Nedir? ve Neurofeedback Nasıl Çalışır? yazılarıma göz atabilirsiniz.

İnsan beyninde yaklaşık 86 milyar nöron (sinir hücresi) olduğu hesaplanıyor. Bu hücrelerin her biri binlerce bağlantı, yani sinaps kurabiliyor. Bu bağlantıların olasılığını hesaplamayı denersek aklımızın alamayacağı rakamlara ulaşıyoruz.

İşte bu bağlantıların deneyime göre yeniden düzenlenebilme yeteneğine, yani beynin ve sinir sisteminin deneyim, öğrenme, çevre veya hasar karşısında bağlantılarını, işleyişini ve bazı durumlarda yapısını değiştirebilme kapasitesine nöroplastisite denir. Nöronlar arasında yepyeni bağlantılar oluşabilir, var olan bağlantılar yok olabilir veya var olan bağlantıların yoğunluğu artıp azalabilir.

Bu değişiklikler genellikle iki başlık altında incelenir:

• Yapısal plastisite: Yeni bağlantıların oluşmasını (sinaptogenez), sinapsların ve bağlantıların fiziksel olarak değişmesini, hatta bazı memelilerde yepyeni nöronların doğmasını (nörogenez) kapsar.
• Fonksiyonel plastisite: Mevcut devrelerin etkinliğinin ve iletişim gücünün değişmesini, belli bir görevin beynin farklı bir bölgesine taşınmasını ve hasar gören bir bölgenin işlevlerinin başka bölgelere devredilmesini kapsar.

Dolaşırken sararmış otların içinde bir yerde çok güzel meyve ağaçları olduğunu hayal edin. Uzaktan meyveleri muhteşem görünen bu ağaçlara gidip meyvelerinden yemek istiyorsunuz ama oraya giden bir yol yok. Her yer otlarla kaplı. Otların içine dalıp ağaçlara doğru ilerliyorsunuz. Siz ilerledikçe arkanızda belli belirsiz bir iz oluşuyor. Sonunda ağaçlara ulaşıyor ve meyveleri yiyorsunuz.

Ertesi gün tekrar ağaçlara gitmek istiyorsunuz. Dünden kalan iziniz belli belirsiz görünüyor ve siz de daha önce geçtiğiniz bu yoldan tekrar geçerek ağaçlara ulaşıyorsunuz. Neden bu yolu kullanıyorsunuz? Çünkü bir önceki tecrübenizden, bu yolun hedefe, yani ödüle gittiğini biliyorsunuz. İki hafta boyunca her gün ağaçlara gide gele otları eze eze izinizi iyice belirgin hale getiriyorsunuz ve aslında daha önce orada olmayan bir yol oluşturuyorsunuz.

Bu ağaçlardan arkadaşlarınıza da bahsediyorsunuz ve her gün yüzlerce kişi bu yolu kullanmaya başlıyor. Aylar sonra o belli belirsiz iz, arabaların bile geçebileceği kadar geniş ve düzenli bir yola dönüşüyor.

Sonra meyve mevsimi bitiyor ve ağaçlarda meyve kalmıyor. Artık o ağaçlar kimsenin ilgisini çekmiyor. Zamanla o geniş yolu tekrar otlar kaplıyor; yol önce silik bir ize, sonra tamamen otlarla kaplı bir araziye dönüşüyor. Yani siliniyor.

Özetle:

• Yeni şeyler ve yeni deneyimler yeni patikalar açar.
• Sık kullanılan patikalar genişler, hızlanır, yollara dönüşür.
• Kullanılmayan yollar zamanla bozulur, dağılır ve kaybolur.

Herhangi bir beceriyi tekrarladıkça beynimizde o beceriyi destekleyen bir patika oluşur. Sürekli tekrar patikayı yola dönüştürür. Düzenli pratik ise yolu hızlandırır ve beceriyi otomatikleştirir.

Bu benzetme, bağlantıların kullanım sıklığına göre güçlenip zayıflamasını kabaca anlatır. Gerçek beyinde ise tek bir yol değil, birbiriyle etkileşen çok sayıda ağ ve bağlantı değişir.

Nöroplastisite nedir sorusunun hücresel cevabı LTP’dir. Gelelim LTP’ye. Long Term Potentiation, hücresel düzeyde öğrenmeye katkıda bulunan önemli mekanizmalardan biridir. Patika benzetmesine dönersek, yolu genişleten mekanizmadır.

LTP, uygun uyarım koşullarının ardından iki nöron arasındaki bağlantının, tekrarlanan ve eş zamanlı aktivasyon sonucunda uzun süreli, hatta bazen kalıcı olarak güçlenmesidir. Yeni bilimsel gelişmeler olana kadar LTP’yi öğrenme ve belleğin hücresel düzeydeki önemli mekanizmalarından biri olarak kabul edebiliriz. Ancak öğrenme ve belleğin tamamını tek başına açıklamaz.

Şöyle düşünün. İki nöronumuz olsun: Nöron A ve Nöron B. Aralarında da bir sinaps, yani bir bağlantı olsun. Ara sıra gelen küçük ve zayıf bir uyarım bu bağlantıdan geçer. Tekrarı gelmediği için bağlantı zayıf ve silik kalır ya da tamamen kaybolur.

Ancak yüksek frekanslı ve tekrar eden bir uyarım geldiğinde bu bağlantı önce güçlenir ve hızlanır. Uyarım tekrar tekrar gelmeye devam ederse bağlantı kalıcı hale gelebilir.

Yani A ve B nöronları sürekli birlikte ateşlenirse, bu iki nöron neredeyse tek bir nöronmuş gibi bağ kurar. Bu, literatürde Hebb’in “birlikte ateşlenen hücreler birbirine bağlanır” şeklinde özetlenen kuralıyla ilişkilendirilir. Konuyu daha ayrıntılı okumak isteyenler için LTP hakkında İngilizce genel bir kaynak burada.

LTP’yi daha teknik merak edenler için küçük bir özet vereyim:

• Nöron A aktive olur ve glutamat salınır.
• Glutamat, Nöron B üzerindeki NMDA ve AMPA reseptörlerine bağlanır.
• NMDA reseptörü eş zamanlı aktivasyon gerektirir; yani sinapsın öncesindeki ve sonrasındaki hücre aynı anda aktif olmalıdır.
• NMDA kanalı açılır ve hücreye kalsiyum girer.
• Kalsiyum bir katalizör gibi bir dizi tepkimeyi başlatır ve artık aynı sinyal çok daha büyük bir yanıt yaratır.

Buradaki önemli detay şu: NMDA reseptörü koşullu bir kapıya sahiptir. Sadece iki nöron aynı anda aktifse açılır. Yani rastgele aktivasyonlar LTP yaratamaz; sadece anlamlı ve eş zamanlı ilişkiler LTP’ye yol açabilir.

Peki bütün bunların neurofeedback ile ne alakası var? Neurofeedback, beyninizin elektriksel aktivitesini (EEG) gerçek zamanlı olarak ölçüp size görsel veya işitsel geri bildirim olarak sunar. Amaç, beyninizi belirli frekans bantlarında istenen yönde koşullandırmaktır.

Bir neurofeedback seansında beyniniz özetle istenen bir duruma yönlendirilir (örneğin teta dalgalarını azaltmak). İstenen durum gerçekleştikçe sistem bunu film, ses veya titreşim gibi araçlarla ödüllendirir. Bu ödüllenme sırasında ortaya çıkan nöral aktivasyon deseninin LTP mekanizmasıyla güçlenmeye başlaması mümkündür. Bu, operant koşullanma ilkesinin beyin düzeyindeki karşılığı olabilir.

Yani neurofeedback’in, tekrarlı geri bildirim ve ödül yoluyla öğrenme süreçlerini desteklediği düşünülüyor. Patika benzetmesine bağlarsak: patikadan defalarca geçerek otların ezilmesine ve belirgin bir yol oluşmasına yol açar. Sürecin seans içinde nasıl işlediğini Neurofeedback Nasıl Çalışır? yazımda, bir seansın baştan sona nasıl geçtiğini ise Neurofeedback Seansı Nasıl Yapılır? yazımda anlattım.

Hebb prensibi açısından bakarsak, neurofeedback seansında belirli bölgeler arasında eş zamanlı aktivasyon hedeflenebilir. Sürekli eş zamanlı ateşlenen bölgeler arasındaki bağlantıların LTP yoluyla kalıcılaşması mümkündür. Bu da fonksiyonel bağlanabilirlikte (functional connectivity) ölçülebilir değişikliklere yol açabilir.

Dikkat, motivasyon, ödül, uyku ve dopamin gibi nöromodülatör sistemler plastisiteyi etkileyebilir. Neurofeedback sırasında bunların bazıları devreye girebilir; fakat bunun her kişide ve her protokolde aynı şekilde gerçekleştiğini söyleyemeyiz.

LTP her tekrarda eşit olmaz. Dikkat, duygusal anlam, tekrar, uyku ve ödül, plastisiteyi hızlandıran önemli bileşenlerdir. Neurofeedback bunlardan tekrar, dikkat ve anlık ödül koşullarını aynı anda sağlar.

Balerinlerin ayna karşısında pratik yapmasını düşünün. Beyinleri bir fiziksel duruş üretir. Ayna duruşu balerine gösterir, yani geri bildirir. Duruş doğruysa beyin “bu iyi hissettirdi, bu duruşa devam” der. Her tekrarda o duruş LTP ile biraz daha kolaylaşır ve zamanla, tıpkı bisiklete binmek gibi, otomatikleşir.

Bir balerin o çok zor ve estetik hareketleri yaparken “şimdi hangi ayağım nerede dursun, elimi az mı kaldırdım çok mu?” diye düşünmez. Kendini akışa bırakır ve hareketler otomatik olarak gelir. Tıpkı sizin benim yürürken hangi ayağımızı nereye koyacağımızı düşünmediğimiz gibi.

Peki bir balerin bunu nasıl becerir? Çok yoğun çalışma ve pratikle, çok sayıda hatayı tekrar tekrar düzelterek, odaklanarak ve azimle. Özetle nöroplastisite, yani beynin tekrarla kendini yeniden şekillendirmesi devrededir ve balerinin beyninde, sizin benim beynimizde olmayan bir yolak oluşmuştur. Balerin için bale yapmak otomatiktir. Neurofeedback’te amaçlanan öğrenme de buna benzer: çok sayıda tekrarla beynin yeni bir çalışma örüntüsünü otomatikleştirmesi.

Neurofeedback özelinde nöroplastisite ve LTP için dürüst ve şeffaf olmak gerekirse, elimizdeki bilgiler şöyle.

Sağlam olan kısımlar:

• Nöroplastisite ve LTP mekanizmaları sağlam deneysel temellere dayanıyor.
• EEG neurofeedback’in beyin aktivitesinde ölçülebilir değişiklikler ürettiğine dair kanıtlar var.
• Ödülle koşullanmanın sinaptik plastisiteyi etkilediği gösterilmiş durumda.

Tartışmaya açık kısımlar:

• Neurofeedback’in uzun vadeli etkilerinin tam olarak LTP’ye dayandığını gösteren doğrudan insan çalışması sınırlı.
• Plasebo etkisinden ayrıştırmak bazı çalışmalarda zor olabiliyor.
• Neurofeedback protokolleri arasında büyük farklılıklar var.

Bunlar, bilimsel olarak çok daha fazla araştırmaya ihtiyaç olduğunu gösteren faktörler olarak burada dursun.

• Nöroplastisite nedir? Beynin deneyim ve öğrenmeyle işleyişini, bağlantılarını ve bazı durumlarda yapısını değiştirebilme kapasitesidir.
• LTP, sinaptik bağlantıların uzun süreli güçlenmesini sağlayan ve öğrenmeye katkıda bulunan önemli hücresel mekanizmalardan biridir.
• Neurofeedback, EEG’den alınan anlık geri bildirimi tekrarlı öğrenme ve koşullanma süreçleriyle birleştirir. Bu süreçte nöroplastisite ve LTP rol oynayabilir; ancak neurofeedback’in tüm etkilerini doğrudan LTP ile açıklamak için henüz yeterli kanıt yoktur.

Sonuç olarak beyniniz her gün, her deneyimle daha farklı bir hale geliyor. Hatta şu anda bile bu yazıyı okumaya başlamadan önceki halinden farklı. Hem fiziksel hem de fonksiyonel olarak. Yani bu yazıya başladığınız haliniz ile şimdiki haliniz biyolojik olarak aynı değil. Arada yeni bir patika açtık.

Şimdi soru şu: Nöroplastisite nedir sorusunun pratik cevabı da burada saklı: tekrar. Bu patikayı yola dönüştürecek kadar tekrar edecek misiniz?

Nöroplastisite, beynin deneyim, öğrenme, çevre veya hasar karşısında bağlantılarını, işleyişini ve bazı durumlarda yapısını değiştirebilme kapasitesidir. Bu değişim hayat boyu devam eder.

Hayır. Beyin yaşam boyu değişmeye devam eder. Her yeni deneyim, öğrenme ve tekrar bağlantıları yeniden şekillendirir. Değişim hızı ve biçimi yaşa göre farklılaşabilir ama durmaz.

LTP (Long Term Potentiation, Uzun Dönemli Güçlenme), iki nöron arasındaki bağlantının tekrarlanan ve eş zamanlı aktivasyon sonucunda uzun süreli güçlenmesidir. Öğrenme ve belleğin hücresel düzeydeki önemli mekanizmalarından biri kabul edilir, ancak tek başına tüm öğrenmeyi açıklamaz.

“Birlikte ateşlenen hücreler birbirine bağlanır” şeklinde özetlenen ilkedir. İki nöron sürekli birlikte aktif olursa aralarındaki bağlantı güçlenir.

Neurofeedback tekrar, dikkat ve anlık ödül koşullarını aynı anda sağlar. Bu koşullar plastisiteyi destekleyen unsurlardır. Ancak neurofeedback’in tüm etkilerinin doğrudan LTP ile açıklanabildiğine dair henüz yeterli kanıt yoktur.

Kullanılmayan bağlantılar zamanla zayıflar ve silinebilir. Patika benzetmesindeki gibi, kullanılmayan yolu zamanla yeniden otlar kaplar.