‘Bilinç’ kelimesi gündelik yaşamda hemen hemen herkesçe ve rastgele kullanılan fakat yüz yıllardır genel geçer bir tanımlamaya kavuşturulmamış önemli kavramlardan biridir. Bunun sebeplerinden biri başka bir gizem kaynağı olan beynin işleyişiyle iç içe oluşudur. Bu yüzden bilinci anlamak için beyni ve işleyişini anlamamız gerekiyor. İnsanoğlunun beyninin yapısına ve işleyişine dair bilgisinin sınırlılığı (tıpkı evren gibi evrene dair bilgilerimizde çok dar bir aralıktadır. Şöyle ki NASA‘nın hesaplamalarına göre evrenin  %5’i madde, % 27’si karanlık madde ve % 68’i karanlık enerjiden oluşmakta.

Bu bilgi bizi şu sonuca götürmektedir;  evrene dair bilgimiz  aslında %5 kadar cüzi bir orana sahip. Bu durum  Kainat’ın ivmeli bir şekilde genişlediği gerçeğiyle birlikte ele alındığında evrene dair bilgimizin azlığının farkına varılmış olunur)

Bilim insanları iki önemli bilinmezden(Evren ve Beyin ki, bilinç bu ikisi arasındaki etkileşimin sonucu oluşur ve ikisini  kuşatacak kapsayıcılıktadır. Tam bir dillemma!) Bilim insanları, 2005 yılında ilk temelleri atılan Mavi Beyin Projesiyle insan beyninin  karmaşık işleyişinin izahını yapacak bir önerme geliştirdiler.

Karmaşık nöral ağ bağlantılarını grafiksel şemallarla ifade etmekte kolaylık sağlayan matematiğin önemli bir dalı olan cebirsel topolojiyi kullandılar.

Kısaca topolojiyi tanımlayıp konumuza dönelim.

Cebirsel Topoloji: Uzaydakİ yüzeylerin ve genel şekillerin özelliklerini inceleyen fakat  açılarla ve uzunlukla ilgilenmeyen, geometrinin bir genişlemesi olan, matematiğin bir alt  dalıdır. İlgilendiği konuların başında şekillerin başka bir şekle dönüştüklerinde değişmeyen özellikleri gelir. Şekilleri dilediğiniz gibi çekiştirme serbesttisi ana özelliklerinden biridir.


Söz gelimi bir kahve fincanını belli bir yöne çekiştirdiğimizde, kahve fincanının , simit şekline  dönüşüm sağladığını görmekteyiz.Bu yüzden  topolojide bu iki şekil birbirine özdeş kabul ederiz.

Normal koşullarda bir yüzeyin iki tarafı olur. Bir topu düşünecek olursak içi ve dışı farklı yüzeylere sahiptir. Dış kısımdan iç yüzeye geçmek için delik açmak gerekir fakat bu topolojide yasaklı işlemlerden biridir.

Tek taraflı bir yüzeyin nasıllığına dair kavrayışımızı çok sınırlıydı ta ki, dahi Matematikçi ve Gök Bilimci August Möbius’un, 1861 yılında  kağıt bir şeridi alıp  bir ucunu bir tur döndürerek diğer ucuyla birleştirmek suretiyle, elde ettiği şekille, matematikte çığır açıcı bir buluşa imza atana kadar.

Bulduğu şekle, adına  izafeten  Mobius Şeridi adı verildi.

Şerit üzerindeki herhangi bir noktadan hareket etmeye başlandığında bütün yüzey alanları taranarak başlangıç noktasına geri dönülür ve bu döngü  sonsuza dek tekrarlanır.

Projeye dönecek olursak,  araştırmacılar, fiziksel olarak 3 boyutlu (zamanla birlikte 4 boyut ) uzayda bulunan beynin içsel bağlantılarının matematiksel karmaşıklığını ifade edecek topolojik uzayın bazen 7 ya da 11 boyutlu olması gerektiğini belirtiyorlar. Yani nöral bağlantıların karmaşıklığının sanılanın çok ötesinde olmasına rağmen yine de onları tanımlayacak bir alt dile sahip olmak mümkün olabilir.

Burada boyut kavramı ve sayısı aslında oluşabilecek karmaşıklığı tanımlamak (uzayın boyutları kastedilmiyor) için kullanılmaktadır. Tanımlanmak istenen geometrik unsurların topoljik boyutunu tanımlıyor.7 veya 11 boyutlu simpleksler , 4 boyutlu uzayımızda zaten mevcut.

Yani burada boyut sözcüğü, simplekslerin karmaşıklığını anlatmaktadır.

 Süper bilgisayar destekli bu proje, benzeri görülmemiş miktarda ayrıntıyı kapsayan ve 12.000 nöronu simüle eden bir sinir devresinin bilgisayar modeline dayanıyor. Burada beyin dalgalarının özellikleri ve nedenleri üzerinde duruluyor. Ayrıca bu  modelin kullanılma nedeni, milyarlarca nöronun tek tek elektriksel aktivitesini ve onun akabinde ortaya çıkan beyin dalgalanmalarını, bununla ilişkilendirmek çok zorlu bir iş.

Bu metotla, laboratuvarda incelenen beyin dokusunun ürettiği beyin dalgalarını ölçerek bunları tek nöron düzeyinde yorumlamayı sağlamaktadır.

Nöronların çalışma prensibi piller gibidir. "Spike" ya da "çıkıntı" olarak bilinenelektriksel uyarıları aktive etmeleri için şarj edilmeleri gerekir. Nöronlar, bu "spike"lar aracılığıyla düşünceleri , hisleri ve algıları  üretmek için birbirleriyle iletişim kurarlar.Bir nöronu yeniden şarj etmek için iyon olarak adlandırılan yüklü parçacıkların minik iyon kanallarından geçmesi gerekir. Bu kanallar elektrik akımının akışını düzenleyen kapılar gibidir. Sonuçta, nöronların tüm devresi boyunca çoklu elektrik sinyallerinin birikmesi beyin dalgalarını üretmektedir.

Topolojinin Mavi Beyin Projesindeki Fonksiyonu ise; Beynin gelişkin faaliyetlerinden sorumlu olan neokorteks bölümününde en sık gözlenen nöronun (piramidal hücrelerin) farklı şekillerini ayırt edebilmek   için bir algoritma geliştirildi. (Piramidal hücreler; neokorteksteki nöronların %80'ini oluşturan, antenler gibi beyindeki diğer nöronlardan bilgi toplayan ağaç benzeri hücrelerdir.

Bu hücreler eksitatördür(Beyin kabuğunda bulunmakta olan sinir merkezlerinin aşırı derecede uyarılması sonucunda ortaya çıkan sensomotorik duyarlılığın ileri derecede artışa denir), yani  his, algı ve davranışlarımızı nöron ağı üzerinden elektriksel aktivite dalgaları göndererek oluştururlar.


Nöronların kategorize edilmesi sürecindeki ana sorun şudur: Farklı görünen iki hücre, yavaş yavaş değişen farklılıkların sürekliliğinin bir parçası mı (türlerin farklı varyantları gibi mi -örneğin, atların farklı tipleri) yoksa gerçekten farklı "nöron türleri" midir (aslan, at, kartal gibi farklı türler midir)? Başka bir deyişle, birbirlerinden  farklı mı yoksa sürekli morfolojik varyasyonları mıdır? Bu soru, topolojik sınıflandırma kullanılarak ve her biri kendine özgü "varyantları" olan beyin hücrelerinin farklı "türlerini" gruplayarak cevaplanabilir.

Burada kullanılan cebirsel topoloji hem mikroskobik hem de teleskopik özellikleri birlikte ihtiva etmektedir.

Bu çığır açıcı projenin şu ana kadar yayınlanan sonuçlarına gelecek olursak: Bedenimizdekii diğer tüm organlardaki hücreler dört boyutta çalışırken beynin rutin olarak yedi, bazen de on bir kadar boyutta çalıştığı görüldü. Bu süreç Klik  oluşumu ile başlamaktadır. Klik, tam bir nesne/parça/yapı oluşturmak için belirli şekillerde birbirlerine bağlanan bir dizi nörona verilen addır. Mavi Beyin Projesi direktörü Prof. Henry Markram, beynin küçük bir yerinde bile bu nesnelerden on milyonlarcasının olduğunu belirtiyor.

Araştırmacılar sanal beyin dokusuna uyaran verdiğinde, gruplar (klikler) anında artan bir şekilde birleşerek aralarında delikler oluşturdular, yani araştırmacıların bahsettiği en yüksek boyutlu delikleri meydana getirdiler. Cebirsel topolojiyi projeye uygulayan Levi ise şöyle diyor: “Yüksek boyutlu boşlukların görünmesi, beynin nöron ağlarının uyarımı ile bilgiyi işlemesiyle en üst organize olma durumudur. Beyin uyaranla reaksiyona girdiğinde; çubuklardan (1D), desteklere (2D), küplere (3D) ve sonra da çok daha kompleks 4D, 5D cisimlere dönüşüyor. Bu aktivite prosesi çok boyutlu kumdan kalelere benziyor, sonrasında kumun ayrışması gibi yeniden çözünüyor”

Diğer yazımızda bilince dair belli başlı bakış açılarını tartışıp kendi tespitlerimize değineceğiz...