Canlı dokular ışığı kısmen geçirir. Karanlıkta elinizin arkasında bir mum ışığı varken parmaklarınızı sımsıkı kapatın ve elinize bakın. Parmaklarınızın saydam olmadığını, ama özellikle daha ince olan parmak uçlarının ışığın bir kısmını emip bir kısmını geçirdiğini, doku kalınlaştıkça ışık geçirgenliğinin azaldığını ve avuçlarınızın neredeyse ışığı hiç geçirmiyormuş gibi göründüğünü gözlemleyebilirsiniz. Aslında dokular ışığın bir bölümünü tutar, bir bölümünü geçirir. Işığı tutma ve geçirme, ışığın ve dokunun özelliklerine bağlıdır. Kızılötesi ışık, dalga boyu görünür ışıktan daha uzun olan bir tür radyo dalgasıdır ve kızılötesine yakın ışıklar görünür ışığa göre dokuya daha iyi nüfuz eder.
Beyni çalışırken görüntüleme sırasında yaptığımız beyni doğrudan görmek değil, metabolik değişiklikleri saptayarak hangi bölgelerin ne şekilde çalıştığını incelemektir. Kızılötesine yakın spektroskopi (Near Infrared Spektroskopi/NIRS) yöntemi tam da bunu hedefleyen, doğrudan dokuyu değil, ama bir işlem sırasında dokuda oluşan etkinliği topografik olarak ölçen bir yöntemdir.
Bir doku “çalıştığında” dokunun enerji gereksinimi artar
Dokuya glikoz ve oksijen sağlanması için dokudaki kan hacmi ve özellikle oksijen taşıyan hemoglobin miktarı da artar. Yani dokunun çalışması oksijen taşıyan hemoglobin (oksi-hemoglobin) miktarında artışa, karbondioksit taşıyan hemoglobin (deoksi-hemoglobin) miktarında görece bir azalmaya yol açar. Bu nedenle hemoglobin konsantrasyonundaki değişiklikler beyin çalışmasının önemli bir göstergesidir. Kişi dikkat, bellek, sosyal etkileşim, konuşma gibi yüksek kortikal işlevler gerektiren bir görevi gerçekleştirirken beyni sık aralıklarla izleyerek hemoglobin konsantrasyonundaki değişiklikleri ölçersek, bu etkinlik sırasında beynin hangi bölgelerinin çalıştığını, nasıl bir çalışma ağının oluştuğunu ve ağın çalışma dizgesini belirleyebiliriz. NIRS yönteminde kullanılan kızılötesine yakın ışıkların çok önemli bir özelliği oksi-hemoglobin tarafından emiliminin, deoksi-hemoglobin tarafından emilimine göre daha fazla olmasıdır.
NIRS yöntemi işte bu farka dayanır: Dokudaki oksi-hemoglobin ve deoksi-hemoglobin miktarını, bunların konsantrasyonlarındaki değişimi ölçerek beyni çalışırken görüntüler. NIRS yönteminde kullanılan çok gelişkin sistemlerin ölçme, hesaplama ve görüntülemeden oluşan bir işlem çevrimini gerçekleştirmesi yalnızca 0,1 saniye aldığından, bu sistem beyin etkinliğinin “gerçek zamanlı” ölçümünü sağlar.
NIRS cihazı, üzerinde çalışılan dokuya lazer ışık kaynağından (emitör) kızılötesine yakın zayıf ışık (695-830 nm) gönderir. Kızılötesine yakın ışık kafa derisinden 3 cm’ye kadar derinliğe iner. Bu derinlik cilt, kafatası ve beyin zarları da işin içine girdiğinde pratik olarak beynin korteksini içerir.
Işınlar doku içinde yay çizerek tekrar yüzeye yönelir, kısmen geri yansır. Yetişkinlerde yansıyan ışık, gönderilen ışığın yüz milyonda, hatta milyarda biri kadar düşük bir seviyeye düşer. Bu ışık, ışık toplayıcılar (dedektör) ile toplanır. Emitörden gönderilen ve dedektörden toplanan ışık incelenir. Emilme miktarı üzerin den o bölgedeki oksi-hemoglobin ve deoksi-hemoglobin değişiklikleri ile toplam kan hacmi değişiklikleri ölçülür. Bu veriler beyin üzerinde hareketli ve renkli görüntülere dönüştürülür.
Bu sistemin diğer beyin görüntüleme yöntemlerine göre birkaç üstünlüğü vardır. Kullanılan ışık radyoaktif değildir, zarar vermez. Kişiye çok az kısıtlama getirir. Örneğin otururken, yürürken, hareket ederken, konuşurken kayıt alınabilir. Böylece kayıt sırasında hareketsiz olmayı gerektiren EEG ve iMRG yöntemlerine göre daha doğal koşullarda ölçüm yapılır. Ölçüm sırasında görsel, işitsel her tür uyaran kullanılabilir; bilgisayar testleri, kâğıt-kalem testleri, hatta sportif testler bile uygulanabilir. Kişide kalp pili ya da herhangi bir protez bulunmasının sakıncası yoktur.
EEG, iMRG ve MEG gibi diğer yöntemlerle eş zamanlı ölçüm yapma olanağı sunar. Sistemin tasarımı, boylamasına yapılan çalışmaları ve uzun süreler boyunca izleme yapmayı kolaylaştırır. Uzun süreli görevlerde saatlere varan ölçümler almak mümkündür. En önemli dezavantajı ise derin beyin dokularını görüntüleyememesi, yalnızca korteks görüntülemesi yapabilmesidir.
Yaklaşık 20 yıldır üzerinde çalışılan bu yöntem son yıllarda sağlanan teknik gelişme ile çok daha kullanışlı hale geldi. Dünyada önemli beyin araştırma merkezlerinde kullanılıyor. Ülkemizde ilk kez Ankara Üniversitesi Beyin Araştırmaları ve Uygulama Merkezi’nde kullanılmaya başlandı. Merkezimizde NIRS ile normal kişilerde ve şizofreni hastalarında çeşitli çalışmalar yürütülüyor.