Nörobilim (Sinirbilim) Hakkında Her Şey: Tarihçesi, Alt Dalları ve Çalışma Alanları

Nörobilim (Sinirbilim) Nedir?

Sinirbilim de denilebilen nörobilim, sinir sistemini ve beynin fonksiyonlarını inceleyen bilim dalıdır. Nörobilimciler beyin, omurilik, sinirler ve diğer nöral yapılardaki hücrelerin işlevini, bağlantılarını, gelişimini, bozukluklarını ve yıkımını inceler.

Beyin, vücudumuzdaki en karmaşık organdır ve nöronlar arasındaki bağlantıları sayesinde düşünme, hissetme, öğrenme, hafıza ve diğer bilişsel süreçler gibi birçok işlevi yönetir.

Beyin, her zaman değişime açıktır ve yaşam boyu öğrenme ve deneyimlerle şekillenir. Bu özellik nöroplastisite olarak bilinir.

Beyin hastalıkları, birçok insanın yaşamını etkileyen ciddi sağlık sorunlarıdır. Nörobilim, insan beyninin nasıl çalıştığını anlamak ve insan sağlığına faydalı olacak keşifler yaparak beyin hastalıklarının tedavisine yol gösterir. Bu hastalıklar arasında Alzheimer, Parkinson, epilepsi ve depresyon gibi rahatsızlıklar yer alır.

Son yıllarda nörobilim, teknolojik gelişmeler sayesinde hızla ilerleme kaydetmekte ve sinir sistemi ve beynin işlevleri hakkında daha fazla şey öğrenmeye olanak tanımaktadır. Nörobilim çok disiplinli bir bilim dalıdır; biyoloji, fizik, kimya, psikoloji, bilgisayar bilimleri ve matematik gibi farklı birçok disiplini içerir.

Ayrıca nörobilim, yapay zekâ ve bilişsel bilim gibi diğer disiplinlerle de yakından ilişkilidir^{1, 2}. Beynin işlevlerini ve sinir hücrelerini anlayabilmek amacı gütmekte olan bu bilim dalına ait çalışmalarda beyin sinyallerini yoluyla düşünce ve hareketleri anlamaya ve kontrol etmeye yönelik teknolojiler kullanılır:

• Elektrofizyoloji
• Manyetik rezonans görüntüleme (MRI)
• Beyin bilgisayar arayüzü (BCI)
• Yapay zekâ
• Robotik

Sinirbilim ve Nörobilim Aynı Şey midir?

Genel olarak aynı anlamlara gelen sinirbilim ve nörobilim, nöral sistemleri ve bunların işlevlerini inceleyen bilim dalı anlamını taşımaktadır. Ancak kimi kaynaklarda sinirbilim terimi daha çok sinir hücrelerinin nasıl çalıştığını moleküler, hücresel ve sinaptik düzeylerde inceleyen bilim dalı olarak tanımlanır.

Nörobilim terimi ise daha çok beyin işlevleri, sinir sistemi ile ilgili davranışlar, zihinsel süreçler ve beyin hastalıkları gibi konuları ele alan çok disiplinli bir alanı ifade eder. Terimler genel olarak aynı anlamda kullanılsa da bazı durumlarda ince farklılıklar kastediliyor olabileceği de unutulmamalıdır.

Farklı Düzeylerde Nörobilim/Sinirbilim

Nörobilim çalışmaları moleküler, hücresel ve sinaptik düzeyler olmak üzere farklı seviyelerde sürdürülmektedir. Moleküler, hücresel ve sinaptik nörobilim sinir sisteminin farklı işleyiş düzeylerini inceleyen dallardır.

1. Moleküler Nörobilim

Moleküler nörobilim, sinir hücreleri (nöronlar) ve glial hücreler gibi sinir sisteminin moleküler yapılarını, proteinlerini, genlerini ve kimyasal fonksiyonlarını inceler. Bu alandaki araştırmalar, nörotransmiterler, reseptörler, iyon kanalları, enzimler gibi moleküler yapılar üzerinde yoğunlaşmaktadır.

Moleküler nörobilim, sinir sisteminin moleküler düzeyde nasıl çalıştığını anlamak için önemlidir. Hücresel nörobilim, sinir hücrelerinin (nöronların) elektriksel ve kimyasal özelliklerini, nöronların nasıl ateşlendiğini ve iletişim kurduğunu inceleyen alandır. Sinir hücrelerinin anatomisi, morfolojisi ve fizyolojisi ile nöronların birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğine odaklanılır.

2. Hücresel Nörobilim

Hücresel nörobilim, beyin işlevinin temel mekanizmalarını anlamak için önemlidir. Nörobilimin bu alt alanı, sinir hücrelerinin elektriksel ve kimyasal özelliklerini, nöronların nasıl ateşlenip iletişim kurduklarını inceler. Bu alandaki araştırmalar; nöronal anatomi, morfoloji (yapı, şekil ve özellikler) ve fizyolojiye (işlev ve işleyiş) ve nöronların nasıl etkileşime girdiğine odaklanır.

3. Sinaptik Nörobilim

Sinaptik nörobilim, nöronlar arasındaki bağlantıları (sinapsları) inceleyen alandır. Bu alandaki araştırmalar; sinaptik iletişim süreçlerinin kimyasal, elektriksel ve mekanik özelliklerini, sinapsların nasıl oluştuğunu ve değiştiğini inceler. Sinaptik nörobilim, beyin fonksiyonları ile öğrenme ve hafıza gibi bilişsel süreçler arasındaki iletişimi anlamak için önemlidir.

Nörobilimin / Sinirbilimin Tarihçesi

Esasen nörobilimin uzun ve zengin bir tarihi vardır. Tarih boyunca birçok düşünür ve bilim insanı sinirbilimin temellerini atmıştır. Sinir sistemiyle ilgili en erken bilinen referanslardan biri, M.Ö. 4. yüzyılda yaşamış olan Yunan hekimi Hipokrat tarafından yapılmıştır. Hipokrat, anormal davranışların ve hastalıkların beyindeki anormalliklerden kaynaklandığını öne sürmüştür.

17. yüzyılda Fransız filozof René Descartes, insan bedeninin çalışmalarının, davranışlar dahil olmak üzere, mekanik yollarla açıklanabileceğini önermiştir. Ancak sinir sistemi üzerinde bilimsel çalışmaların gerçekleşmeye başlaması 19. yüzyılı bulmuştur.

Bu dönemin en etkili figürlerinden biri, 1833 yılında "Elemente der Physiologie" adlı eseri yayınlayan Alman fizyolog Johannes Müller'dir. Müller, bu çalışmasında sinirlerin ve sinir sisteminin fonksiyonlarını detaylı bir şekilde açıklamıştır.

Diğer bir önemli figür ise 1873 yılında Golgi boyama tekniğini geliştiren İtalyan doktor Camillo Golgi'dir. Bu teknik, tek tek sinir hücrelerinin yapısı ve fonksiyonunun incelenmesine olanak tanımıştır.

20. yüzyılda sinir sistemi hakkındaki anlayışımızda önemli ilerlemeler kaydedilmiştir. 1906 yılında, İngiliz fizyolog Sir Charles Sherrington, sinirler ve kaslar arasındaki nöromusküler bağlantıları keşfi nedeniyle Fizyoloji veya Tıp dalında Nobel Ödülü almıştır.

Aynı yıl İspanyol nörolog Santiago Ramón y Cajal da sinir hücrelerinin ve sinir ağlarının yapısı ve fonksiyonu hakkındaki çalışmaları nedeniyle aynı ödülü almıştır.

20. yüzyılın ortalarında elektron mikroskobunun geliştirilmesi sinir sisteminin yapısı ve fonksiyonunun daha ayrıntılı incelenmesine olanak tanımıştır³.

Günümüzde ise nörobilim teknolojileri hızla gelişmektedir. Fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) ve elektroensefalografi (EEG) gibi görüntüleme teknikleri, beyin faaliyetlerinin incelenmesine olanak tanımaktadır. Bunun yanı sıra yapay zeka ve robotik teknolojileri nörobilimde kullanılmak üzere hızla geliştirilmektedir.

Nörobilim / Sinirbilimin Alt Disiplinleri

Nöronların fizyolojik, biyokimyasal ve genetik özellikleri ile beyindeki işlevlerin nasıl gerçekleştiğini anlamaya çalışan nörobilim, sinir sistemi ve beyin işlevleri hakkında çok geniş bir alanı kapsar ve bu nedenle birçok alt disiplini içerir.

Alt disiplinlerin her biri sinir sistemi ve beyin işlevlerini farklı bir bakış açısıyla ele alır. Farklı teknolojiler ve araştırma yöntemleri kullanan bu alt disiplinler, nörobilimi daha iyi anlamaya ve insan sağlığına faydalı olacak yeni keşifler yapmaya yardımcı olur.

1. Bilişsel Sinirbilim

Bilişsel sinirbilim beyin fonksiyonlarının anlaşılmasına odaklanan bir alt disiplindir. Bu alanda davranışsal ve zihinsel süreçlerin beyindeki sinirsel aktiviteleri nasıl etkilediği araştırılır.

Bilişsel sinirbilim araştırmaları; algılama, dikkat, bellek, dil, duygu ve karar verme gibi bilişsel süreçleri inceleyerek beyin aktivitelerinin bu süreçleri nasıl desteklediğini ortaya koymayı amaçlar.

Bilişsel sinirbilim, beyindeki sinirsel aktivitelerin ölçümlenmesi için manyetik rezonans görüntüleme (MRG) ve elektroensefalografi (EEG) gibi yöntemler kullanır. Bu yöntemler, beyindeki sinirsel aktivitelerin belirli bölümlerinin ne zaman ve nasıl aktif olduğunu ölçerek bilişsel süreçlerin beyinde nasıl işlendiğine dair bilgi sağlar.

Bilişsel sinirbilim, nöroplastisite ve nörodejenerasyon gibi konulara odaklanarak beyin aktivitelerindeki değişimlerin yaşlanma sürecini ve hastalıkları nasıl etkilediğini araştırır. Bilişsel sinirbilim araştırmaları insanların düşünme, öğrenme ve davranış şekillerini anlamaya yardımcı olur ve beyindeki bilişsel işlevlerin anlaşılması için önemlidir⁴.

2. Hesaplamalı Sinirbilim

Hesaplamalı sinirbilim nörobilim ve bilgisayar bilimleri arasındaki kesişim noktasında bulunan bir alt alandır. Bu alanda sinirbilimdeki araştırmalar ve bulgular, bilgisayar modelleri ve matematiksel yöntemler kullanılarak anlaşılabilir hale getirilmeye çalışılır.

Hesaplamalı sinirbilim, nöronların ve sinir ağlarının işlevlerinin matematiksel modellerini oluşturarak beyin aktivitelerinin anlaşılmasına yardımcı olur. Bu modeller, bilgisayar simülasyonları ile test edilebilir ve beyin fonksiyonlarına ilişkin hipotezlerin test edilmesine olanak sağlar. Hesaplamalı sinirbilim; öğrenme, bellek, algılama ve karar verme gibi karmaşık sinirsel süreçlerin anlaşılmasına katkıda bulunur.

3. Nörofarmakoloji

Nörofarmakoloji; sinir sistemi işlevlerini etkileyen kimyasalların, özellikle ilaçların, incelenmesiyle ilgili bir bilim dalıdır. Bu alanda çalışan araştırmacılar, nörotransmitterler, reseptörler ve sinaptik işlevler gibi sinir sistemi bileşenlerinin farmakolojik etkilerini araştırırlar.

Nörofarmakoloji, nörolojik hastalıkların tedavisinde kullanılan ilaçların geliştirilmesine yardımcı olabilir ve beyin işlevleri ve psikolojik bozukluklar gibi konularda gelişme sağlayabilir.

4. Nöroproteomik

Nöroproteomik; nöronların ve diğer sinir sistemi hücrelerinin proteinlerini ve bu proteinlerin işlevlerini inceleyen bir alt bilim dalıdır. Bu alanda çalışan araştırmacılar, nöronların farklı bölgelerinde ve farklı gelişim evrelerindeki protein profillerini belirlemeye çalışırlar.

Nöroproteomik çalışmaları, sinir sistemi hastalıklarının moleküler mekanizmalarını anlamak, yeni tedavi yöntemleri geliştirmek ve ilaçların sinir sistemi üzerindeki etkilerini belirlemek için kullanılabilir.

5. Nörogelişim

Nörogelişim; sinir sistemi ve beyindeki hücrelerin nasıl geliştiğini ve örgütlendiğini araştırır. Beyin ve sinir sisteminin erken dönemdeki gelişimini inceleyen bir alt disiplindir.

Bu disiplin; embriyoloji, hücre biyolojisi, genetik, nörofizyoloji ve nöroanatomi gibi alanları bir araya getirerek, beyin ve sinir sistemi gelişiminin moleküler, hücresel ve sistemsel düzeyde nasıl gerçekleştiğini anlamayı amaçlar.

6. Nörogörselleştirme

Nörogörselleştirme, beyin aktivitesini ve beyin yapısını görüntülemek için kullanılan ve farklı tekniklerin bir araya getirilmesiyle oluşturulan bir alan olarak tanımlanabilir.

Bu teknikler arasında manyetik rezonans görüntüleme (MRG), elektroensefalografi (EEG), manyetik ensefalografi (MEG), pozitron emisyon tomografisi (PET) ve bilgisayarlı tomografi (BT) gibi yöntemler yer alır.

Nörogörselleştirme, beyin yapısını ve işlevini anlamak, beyin hasarı veya hastalıkları teşhis etmek ve beyin aktivitesini ölçmek gibi amaçlar için kullanılır. Bu teknikler ayrıca beyin aktivitesi ile davranışsal ve bilişsel işlevler arasındaki ilişkiyi de araştırmada da yardımcı olur.

7. Sinir Ağı Bilimi

Sinir ağı bilimi, nörobilimin bir alt dalıdır ve beyindeki nöronların birbirleriyle nasıl iletişim kurduğunu ve beyindeki sinir ağlarının nasıl işlev gördüğünü araştırmaktadır.

Bu alanda çalışan araştırmacılar, nöronların birbirleriyle iletişim kurarak bilgiyi nasıl işlediğini, bilgi işlemeyi ve bellek oluşumunu nasıl gerçekleştirdiğini, ağların nasıl değiştiğini ve bu değişimlerin beyin hastalıklarının gelişimindeki rolünü inceler.

Sinir ağı bilimi, son yıllarda yapay sinir ağları ve derin öğrenme gibi makine öğrenimi tekniklerinde kullanılmaktadır. Bu teknikler, beyindeki sinir ağlarını taklit ederek yapay sinir ağları oluşturur ve bu ağlar, birçok farklı uygulamada kullanılabilir hale gelir. Örneğin, yapay sinir ağları, ses ve görüntü işleme, doğal dil işleme, otomatik araba sürüşü, tıbbi teşhis ve terapi gibi alanlarda kullanılabilir.

8. Sosyal Sinirbilim

Sosyal sinirbilim, insan davranışlarını, düşüncelerini ve duygularını anlamak için nörobilim ve sosyal psikoloji gibi farklı disiplinleri birleştiren bir araştırma alanıdır. Bu disiplin, bireylerin diğerleriyle etkileşimlerini, sosyal normlar ve kültürel farklılıkların nasıl işlediğini, toplumsal hiyerarşiler ve güç dinamikleri gibi konuları inceler.

Sosyal sinirbilim; fMRI, EEG, TMS gibi beyin görüntüleme tekniklerini kullanarak beyindeki aktivasyon desenleri ve sinirsel mekanizmaları araştırır. Ayrıca sosyal psikolojik ve sosyolojik teorileri de kullanarak sosyal davranışların nöral temellerini açıklamaya çalışır.

9. Sinir Hücre Biyolojisi

Sinir hücre biyolojisi; sinir hücrelerinin fiziksel ve kimyasal özelliklerini, şekillerini ve işlevlerini inceleyen nörobilim alt disiplinidir. Sinir hücre biyolojisi, sinir hücrelerinin yapısını, fonksiyonlarını ve sinir sisteminin temel özelliklerini inceleyen bir nörobilim alt dalıdır.

Bu disiplin, sinir hücrelerinin membran potansiyeli, nörotransmitterler ve nöromodülatörler gibi sinir sinyal iletimi mekanizmalarını araştırır. Sinir hücre biyolojisi, nörolojik hastalıkların anlaşılmasına da katkı sağlar. Bu disiplin, sinir hücrelerinin morfolojisi, hücresel yapıları, metabolizmaları ve moleküler mekanizmaları gibi konuları ele alır.

10. Eğitimsel Sinirbilim

Eğitimsel sinirbilim, öğrenme sürecini ve beyin işlevlerinin eğitim ve öğretimle ilişkisini araştıran bir disiplindir. Bu alanda yapılan araştırmalar, öğrenme ve bellek oluşumundan dil ve matematik yeteneklerine kadar birçok konuyu kapsar.

Öğrenme sürecini anlamak ve daha iyi öğretme stratejileri geliştirmek için beyin görüntüleme teknikleri gibi modern teknolojilerden faydalanır.

Nörobilimci / Sinirbilimciler Ne İş Yapar?

Nörobilimciler, sinir sistemi ve beyin işlevlerini inceleyen bilim insanlarıdır. Bu nedenle beyindeki işlevlerini anlamak için elektrofizyoloji, manyetik rezonans görüntüleme (MRI) gibi teknolojileri kullanarak sinir hücrelerini incelerler.

İnsan beyninin nasıl çalıştığını anlamak için temel araştırmalar yaparlar ve beyin hastalıklarının nedenlerini, tedavilerini ve bu hastalıklardan korunma yollarını araştırırlar.

Nörobilimciler ayrıca beyin ve sinir sistemine yönelik yeni tedavi yöntemleri ve ilaçlar geliştirirler. Bu nedenle nörobilimciler; tıp, psikoloji, nörobilim, bilişsel bilim, yapay zeka ve diğer disiplinlerle yakın bir şekilde çalışırlar.

Nörobilimcilerin diğer işleri arasında deneysel çalışmalar yürütmek, sinir hücrelerinin şekil ve işlevlerini incelemek, beyin aktivitesinin görüntülenmesi ve analizi, beyin hasarının nedenlerini ve sonuçlarını anlamak, yeni teknolojiler geliştirmek gibi çalışmalar yer alır.