Bilinci ve beyni anlamak için neden kuantum mekaniği gereklidir? Ya da sinir bilimi, fiziği neden 80 yıl geriden takip ediyor?
Dr. Sultan Tarlacı
Son on yıldan daha fazla zamandır, kuantum mekaniğinin bilinç/zihin teorisinde işlevi olabileceği veya olamayacağı konusunda tartışmalar artarak keskinleşmektedir. Bu tartışmanın bir tarafında geleneksel sinir bilimciler yer alır ve beyin biliminin anlamak için sinir hücrelerine bakılması gerektiğini iddia ederler. Diğer yandaki belli fizikçiler bilinç/zihin dinamiklerinde kuantum mekaniğini kurallarının etkisi olabileceğini öne sürerler. Bununla birlikte, bilinç ve zihin maddeden ayrılamaz. İnsan beyninin mikroskop altı dünyası bilinci, zihni doğurur. Zihin ve madde arasında keskin bir ayrımı asla yapmayız. Sonuçta “madde”den ayrılabilecek “zihin” ve “zihin”den ayrılabilecek “madde” yoktur.
Kognitif sinir bilim, duyusal girdiler, bunları algılama ve tanıma, geri çağırmak üzere bellekte kaydetme, karar verme ve motor (devinimsel) kontrol, içselliği dil ile aktarmayla ilgilenir.
Ancak, bu süreçler esnasında ortaya çıkan, bilgisayarlarda olmayan, bilinç ve düşünme ile çok ilgilenmez.
Beyin karışık bir fiziksel sistem olarak Makroskobik sinir hücresi sistemi ve ek bir mikroskobik sistemden oluşur. İlki, sinir akımı yollarından oluşur (akson gibi). İkincisi, Makroskobik sinir hücresi sistemi ile etkileşen kuantum mekanik çok parçacıklı sistemdir. Beyinde böyle çok parçacıklı sistemler vardır. Genel görelilik ve kuantum mekaniği teorisi bizim bilimsel dünyaya bakışımız ve fiziğin temel direğidir. Bilim tarihi içinde, başka hiç bir teori bu derece güçlü deneysel olarak doğrulanmamıştır. Birçok kuantum fizikçisi, kuantum teorisi ve bilinç arasında sıkı benzerlikler olduğunu öne sürmüştür. Bu benzetmeler, kuantum fiziği ve sinir biliminin “kurucu babaları” tarafından çok erken dönemde öne sürülmüştü. Bunlar arasında Fizikçiler David Bohm (1951), Niels Bohr (1958), John von Neumann (1955), Roger Penrose (1989 ve 1994) ve sinir bilimci John Eccles (1986) sayılabilir.
Kognitif Sinir Bilim Yeterli midir?
Günümüzde beynin içinde ne oluyor sorunsunun yanıtını anlamaya çalışan kognitif sinir bilim ya da bilişsel sinir bilimdir (cognitive neuroscience). Hem kognitif sinir bilim hem de rock ‘n’ roll tarihi birbirine paralel seyreder. Öncelikle her ikisi de aynı yaştadır. Her ikisi de 1950’lerde Amerika’da ortaya çıkmış ve oradan tüm dünyaya yayılmıştır. Zamanla en geçeli yaklaşımlardan biri haline gelmişlerdir. Özellikle, 1950–1990 arasında müzik en çok dinlenen, kognitif bilim ise psikolojide en sık üzerinde durulan alan haline gelmiştir. Genel olarak bakıldığında, zaman içerisinde rock ‘n’ roll’da kullanılan müzik aletlerindeki değişim gibi, kognitif bilimin kullandığı tanısal yöntemler de (manyetik rezonans görüntüleme, pozitron emisyon tomografisi gibi) zaman içerisinde değişmiştir. Bugüne egemen olan kognitif sinir bilim, psikanaliz ve davranışçılığı takiben ortaya çıkmıştır. Davranışçılık bilinci reddederek sadece dışarıdan izlenen davranışları dikkate aldı. Diğer yandan psikanaliz bilinçaltı süreçlere daha çok önem verdi ve o da bilinci bir kenara bıraktı. Bu dönemde canlanan kognitif sinir bilimin bilinci sahipleneceği düşünüldü ancak o da bekleneni vermedi.
Bilimsel ekoller ve kavramlar birden bire ortaya çıkmaz. Bilimin ve akımların tarihsel seyrine bakıldığında, bir yeni akım daha önceki akımlardan ve dönemin bilimsel ruhundan etkilenerek ortaya çıkar. Dönemin ruhunu iyice özümsemiş akımlar, daha sert ve kalıcı bir çıkış yaparlar ve dönemin akımlarını bile baskılar duruma gelirler. Kognitif sinirbilim dönemin akımlarının omuzları üzerine adeta zıplamış ve 1950’lerde ortaya çıkmıştır. Ortaya çıktığı dönem ve öncesindeki bilimsel ruha da bir göz atalım. Sinir bilimsel açıdan, Edgar Douglas Adrian, sinir hücrelerinde “hep ya da hiç” prensibini ortaya atmış (1913), Hans Berger beynin elektriksel akımını kaydetmeyi başarmış (1929), ilk aksiyon potansiyeli sinir hücrelerinden kaydedilebilmiş (1929), Hodgin-Huxley-Katz, voltaja bağlı iyon akımı olduğunu ortaya koymuş (1952) ve W. Penfield ve T. Rasmussen, beyin kabuğunu haritalamayı başararak (1957), beynin belli alanlarının belli işlevler için özelleştiği ortaya koymuşlardır. Genel bilimsel açıdan ise, Kurt Gödel, Gödel teoremini yayınlamış (1933), Alan Turing, hesaplanabilirlik-algoritmalar üzerine makalesini tartışmaya açmış (1936), ilk bilgisayar ENIAC (1945) yapılmış ve bundan iki yıl sonra da (1947) transistor icat edilmiştir. Yine aynı yıl Claude Shannon, bilgi teorisini denklemler haline getirerek, bilginin hesaplanabilir bir özelliği olduğunu ortaya koymuştu. Francis Crick, James D. Watson ve Rosalind Franklin DNA yapısını keşfetmesi (1953), biyolojik canlılarında dörtlü kod ile programlanabileceği fikrini güçlendirdi. Ek olarak Norbert Wiener, “bilgin”nin tanımını yaparak Sibernetik biliminin doğmasına ilk adımları attı (1961). Bütün bu alanlara bakıldığında, hepsinin ortak teması ve anahtar kelimeleri hesaplama, bilgi işleme, bilgisayar ve bilgisayar ağlarıdır. Bu bilimsel eğilimler ortasında, bunların doğurduğu hayal gücünden kognitif sinir bilim canlanmış ve beyni dönemin akımlarından kaynaklanarak bir bilgisayara benzetmekle işe başlamıştır. Buradan kognitif sinirbilim şu deliller üzerine kurulur: bilgi işleyen (ardışık aşamalarla davranışın ortaya çıktığı), bu işlemeyi de hesaplama ile yapan bir bilgisayardır. Beyin bir bilgisayar (ıslak bilgisayar yani hardware değil wetware), zihin de onun softwaredir. Bu bilgisayarın temel birimleri sinir hücreleridir. Her sinir hücresi 0-1 şeklinde değer alır. Tıpkı bir bilgisayardaki gibi işlem görür. Sinir hücreleri birbirlerine bağlanır ve bağlanma ile oluşan sinir hücresi ağları bir araya gelerek beynimizi oluşturur. Zihin de bu ağlar üzerinde işlem görür. Ancak bugün kabul edilen ve değişik delillerle da ortaya konulan şudur: beyin bir bilgisayar gibi çalışmaz ve en azından klasik bir bilgisayar değildir.
Kognitif sinir bilim, anlaşılacağı üzere bilgi işleme ile ilgilenir. Bu bilgi işleme aşamalı oluşur. Giren bilgi algılanarak ve tanınarak, ona uygun bir anlam verilir. Aynı zamanda bu girdiler, daha sonra geri çağrılmak üzere depolanır (bellek). Duruma uygun olarak bu bilgilerden, gelecekteki durum hakkında karar verme ve çıkarım yapma sağlanır. Aynı zamanda işlenen bu bilgi davranışlarımıza rehberlik eder (devinimsel kontrol) ve sonuçları başkasına aktarmayı sağlar (dil). Bu işlemler esnasında da bilinç ve düşünce dediğimiz şey ortaya çıkar. Bütün bu döngü kognitif sinir biliminin temek ilgi alanıdır (Şekil 1). Buradan da anlaşılacağı üzere (günlük yaşamda bilgisayar kullanıcılarının da fark edeceği gibi) beyin bir bilgi işleyen bilgisayardır. Çünkü girdi, bunu depolama, gerektiğinde geri çağırma, bilgiyi işleme ve çıktı üretme günümüz bilgisayarlarının temel özellikleridir. Ama daha önce söylediğimiz gibi beyin bir klasik bilgisayar değildir.
Kognitif sinirbilim açısından, bilinç deneyimi olmaksızın sinir hücresel olayların doğasını gayet iyi anlıyoruz. Buna örnek aksiyon potansiyeli (sinirsel elektrik akımı) oluşumu, iyon değişimi, enerji kullanımı, aksonal transport, vezikül siklüsü, sinir ileticisi yapımı, salınımı ve yıkımını gayet iyi anlıyoruz. Ancak, deneyimlerin et beynimizde nasıl oluştuğu ve bilincin, bilinçsiz olan maddesel araçlardan nasıl doğduğunu anlayamıyoruz. Özellikle içselliği olan deneyimleri anlamak için bize sunduğu bir yanıt yoktur. Örneğin; renk, ses, koku, tat, ağrı, görsel imajı hatırlama, hayal etme, karar verme, rüya, aşk, orgazm…
Elime bir iğne battığında ya da elim yandığında, serbest sinir uçları yanan yerde uyarılır ve ağrıyı taşıyan sinir liflerinde bir elektriksel akım aksiyon potansiyeli) oluşur. Bu aksiyon potansiyelinin nasıl oluştuğunu ve beyne nasıl ulaştığını biliyoruz. Ama neden ağrı denen duyumu yaşadığımıza kognitif bilimin verdiği yanıt yetersizdir. Bununla aynı olarak, müzik dinlerken kulağımıza ulaşan ses dalgalarının belli frekansı ve titreşimidir. Ama müzik deneyiminin ne olduğu ve nasıl beynimizde müzik deneyimi yaşadığımıza yanıt yine yoktur. Bu yanıtlardaki yetersizlikler muhtemelen, kognitif bilimin kullandığı yöntemlerin yetersizliğinden kaynaklanmaktadır.
Kognitif bilimin kullandığı yöntemler, kesitsel ve zamansal çözünürlülüğüne göre ayrılabilir. Ancak burada bir açık alan vardır. Bu seviye uzay-zamansal olarak mili saniye düzeylerinde ve dendrit-sinaps altı büyüklüğü kapsar. Bu alanı çalışan bir yöntem kognitif bilimin elinde yoktur. Ölçeksel olarak bakıldığı zaman bu düzey kuantum mekaniğinin düzeyidir (sol alt içi soru işaretli kutu). PET: pozitron emisyon tomografisi, MRG: manyetik rezonans görüntüleme, MEG: manyetoansefalografi, OBP: olaya bağlı potansiyeller, TMS: saçlı deriden beyni manyetik uyarım.
Kognitif sinir bilimin kullandığı yöntemler, kesitsel ve zamansal çözünürlülüğüne göre ayrılabilir. Zamansal çözünürlük; bilişsel olayların ortaya çıktığı ve devam ettiği süreyi gösterir. Elektroansefalografi (EEG), magnetoansefalografi (MEG), beyin kabuğunu saçlı deriden uyarma (TMS) ve tek hücre kayıtlarının milisaniye çözünürlüğü vardır. Pozitron emisyon tomografisi (PET) ve işlevsel manyetik rezonans (fMRG) dakikalar ve saniyeler içinde olan olayları ortaya koyar. Kesitsel açıdan (büyüklük) bakıldığında ise, görüntüleme yöntemleri MRG, PET beynin bütünü hakkında bilgi verirken, tek hücre kayıtları tek bir sinir hücresi hakkında bilgi verir. Ancak burada bir açık alan vardır. Bu seviye uzay-zamansal olarak mili saniye düzeylerinde ve dendrit-sinaps altı büyüklüğü kapsar. Bu alanı çalışan bir yöntem kognitif bilimin elinde yoktur. Ölçeksel olarak bakıldığı zaman bu düzey, hem zamansal olarak hem de kesitsel olarak kuantum mekaniğinin düzeyidir. Kognitif bilimin elinde, en azından bugün için, bu alanı araştıracak ya da inceleyecek bir yöntem bulunmamaktadır. Dolayısı ile bu noktada kuantum mekaniği/fiziğinin kurallarından yararlanmamız gerekmektedir. Bu kurallardan yararlanmayacak olursak, o zaman kognitif bilimi sadece klasik fizik kuralları içine sınırlamış ve hapsetmiş oluruz.
Kuantum Beyin Fazladan Ne sağlar?
Kuantum mekaniğinin özellikleri olan kuantum bit, yerel olmama ve dolaşıklık, tünelleme, parçacıklar arası etkileşimler, Bose-Einstein Yoğunlaşması, maddeye eşlik eden dalga ve alanlar bize beyni anlamada yeni ufuklar açabilir. Bir kuantum bit, klasik bitin sağladığı seçenekler olan 0 ve 1’den çok çok daha fazlasını sağlar. Bir kuantum bit’i, dünyamız gibi küre olarak düşünürsek, sadece tam kuzey ve güney kutupları 1 ve 1’e karşılık gelir. Dünyanın Meridyen ve paralelleri gibi, kürenin yüzeyinde sonsuz olasılıkta kesişme noktasına imkan verir. Her kesişme noktası ayrı bir değer ifade eder. Diğer yandan, bilgi işlemedeki temel birimler sinir hücreleri (nöron) olmayabileceği yönünde güçlü kanıtlar vardır. Temel işlem birimleri mikrotübüler tübülinler ya da dendrit üzerindeki dikensi çıkıntıların olabileceği yönünde kanıtlar vardır. Diğer yandan, klasik bilgilere göre, kalsiyum ve potasyum gibi iyonlar kendilerine ait iyon kanallarından seçici olarak geçerler. Ve her iyon bir iyon kanalından geçer. Ancak, kuantum fiziksel açıdan bakıldığında bir iyon sadece bir iyon kanalından geçerek etki etmez. Bir iyon bir iyon kanalından geçmesine karşı, diğer komşu iyon kanalları üzerinde de belli bir etkide bulunur. Örneğin, kalsiyum iyonunun çapı santimetrenin yüz milyarda biridir. Kuantum belirsizlik ilkesine göre, bir kalsiyum iyonunun belirsizliği 0,04 cm ya da binde dört santimetredir. Bu değere bakıldığında, belirsizlik etki alanı, kendi asıl çapının 100 milyon katı bir alana yayılır. İyon kanallarının mikrometre karede 2000 ile 12 bin arasında olduğu düşünüldüğünde ve beyinde milyar milyar kalsiyum kanalı göz önüne alındığında bu etkinin inanılmaz olduğu görülecektir. Aynı durum sadece iyonlar için değil, sinir ileticileri için de geçerlidir. Bir sinir ileticisi tek bir alıcısına (reseptöre) bağlanmakla beraber, aslında yakın komşuluğundaki diğer reseptörlere de etki eder. Örneğin, 8 nanometre (nm) çapındaki bir sinir ileticisi 63 nm genişliğinde bir alanda etki eder. Etki olayı sadece klasik fizikte olduğu gibi, bir anahtarın bir kilit içine girmesi ve kapıyı açması şeklinde değildir. Bir anahtar bir kilit içine girer ama diğer kapıların açılmasına da katkıda bulunur ve hatta katkıdan çok daha etkide bulunur. Bu etki doğrudan klasik fizikte olan doğrudan temasla kuvvet aktararak gibi değil, kuantum fiziği kuralları içinde olan, uzaktan etkileşimlerle olur.
Diğer yandan kuantum fiziğinde her bir parçacık bağımsız değildir. Uzaktan etki ile diğer parçacıklarla da etkileşim içindedir. Bir parçacığın durumundaki bir değişiklik diğerinin durumunu da anında belirler. Örneğin, n sayıda parçacıktan oluşan bir sistemdeki parçacıklardan birindeki bir değişim, 2n parçacığın durumunu anında etkiler. Bu vuduu büyüsü gibidir. Arada bir bağ yoktur ve etkileşim uzaklıktan bağımsızdır. Beyindeki sinir ileticileri ve iyonlar aynı zamanda bu etki altındadır. Sonuçta, her bir iyon kısa mesafeli ve mesafeden bağımsız olarak birbiri ile karşılıklı ilişkidedir.
Bunun yanında, kuantum mekaniğine özgü olan tünelleme, muhtemelen sinir ileticilerinin kimyasal bağlantı noktalarında (sinaps) serbest bırakılmasında , veya iyonların hücre zarından geçişlerinde de devreye girer. Bu tünelleme beyinde sürekli olan düşünce akışımız, elektriksel olarak kaydedilen beyindeki zemin gürültüsü ve minyatür son plak potansiyeli denen boşalımlardan (20-40 Hz) sorumlu olabilir. Hele hele insan dahil memelilerde olduğu gösterilen elektriksel sinir hücreleri arası bağlantı bölgelerinde (sıkı bağlantı bölgeleri) büyük bir olasılıkla tünelleme yoğun olarak devreye girmektedir. Çünkü bu sıkı bağlantı bölgelerindeki etkileşim doğrudan elektrikseldir. Tünelleme olayı, beyne bütüncül olarak baktığımızda bilincimizi oluşturan önemli bir etken olabilir.
Beynin en önemli özelliği, bütüncül beyin çalışması ve eşdurum halidir. Bu eşdurum halini ve bütüncül beyin çalışmasını sadece sinir hücrelerinin oluşturduğu, basit iyon geçişleri ile birbirine bağlanan ağlarla açıklamak zor görünmektedir. Normal düşünce hızımız ve akışımız, beynin bütüncül çalışmasına klasik yönden bakıldığında çok çok hızlıdır. Bu bütünlüğü ve eşdurumlu çalışmayı açıklamak için klasik anlayıştan daha fazlası gerekmektedir. Kuantum mekaniğinde olan Bose-Einstein yoğunlaşması bu durumu açıklamak için ideal bir yaklaşım olabilir. Bose-Einstein yoğunlaşması cansız maddede sıklıkla ortaya konulabilmesine karşın, biyolojik olan canlılarda da benzer durumun, dışarıdan enerji desteği ile mümkün olabileceği öne sürülmektedir. Bu şekilde gerçekleşebilecek bir bütüncül çalışma; bilinç, zihin, düşünce, kişilik ve bir bütün olarak hissettiğimiz BEN’liği oluşturuyor olabilir.
Kabaca bakıldığından aslında her an bedenimizde kuantum mekaniksel olaylar işler. Kumsalda güneşlenirken bronzlaşma, dış dünyadaki nesneleri görme kuantum mekaniksel olaydır. Güneş ışınları ya da göze (retina tabakasına) gelen ışınlar kuantum temel parçacığı olan fotonlardır ve frekansının, Planck sabiti ile çarpımı kadar enerji aktarır. Planck sabiti olan her denklem kuantum mekaniksel bir denklemdir. Diğer yandan sinir bilimciler tarafından da göz ayrı bir organdan ziyade beynin uzantısı olarak kabul edilir (diğer yandan gözler kalbin değil beynin aynasıdır). Yine aynı mekanizma ile derimizde aktif vitamin D3 oluşur. Ek olarak fotosentez de başlı başına kuantum mekanik bir enerji dönüşümüdür. Bütün bunlar kuantum fotokimyasal tepkimelerdir. Bedenlerimizdeki kuantum mekanik olaylar sadece bunlarla sınırlı değildir: mitokondrial ve hücresel H iyonu değişimi, solunum zincirindeki elektron transferleri, hücrede enerji elde etmek için çalışan Krebs döngüsü… Bütün bunlar kuantum mekanikseldir. Beyinde de olasılıkla (hücrede enerji üretimini ya da görmenin nasıl olduğunu bilmediğimiz zamanlardaki gibi) bir kısım kuantum mekaniksel olaylar gerçekleşmekte ve bunlar bizim belleği, bilincimizi ya da içimizdeki beni oluşturmaktadır. Bugün için kanıtlarımız sağlam olmasa da kanıtın yokluğu, olmadığı anlamına gelmez!
Kuantum Beyin Yeterli midir?
Kuantum mekaniği, fizik biliminin son aşaması değildir. Deneylerle mükemmel uyuşan kesinliğine ve güvenilirliğine rağmen zaman içerisinde mutlaka başka kavramlara dönüşme ve hatta kuantum fiziği ötesi yeni bir fiziğe dönüşecek ya da sıçrayacaktır. Bu bilimin genel yaklaşımıdır. Her teori ne kadar ideal ve güçlü kabul edilse de zaman içerisinde mutlaka yerine daha iyileri geçecektir. Tıpkı geçmişte çok doğru kabul ettiğimiz ve artık başka teoriye gerek yok, bunun kuralları tüm evreni açıklamaya ve hatta Tanrı’nın aklından ne geçtiğini anlamaya yeterlidir dediğimiz klasik (Newton) fiziği gibi. Hâkimiyeti 300 yıl çok güçlü bir inançla sürdü… Sonra, inanç bir anda çöktü… Aslında bu bilimin doğal seyriydi ama bunu bilmeyen birçok kişide derin hayal kırıklıkları yarattı. Ardından kuantum mekaniği mucizesi çıktı. Kuantum mekaniğinin sinir sistemi ve et beyinlerimizde devreye girdiğini ortaya koymak bize birçok şeyi daha iyi anlama fırsatı verecektir. Elimizdeki klasik fizikle anlamakta zorluk çektiğimiz bilinç, bilincin birliği, bellek, zihin içeriği (qualia), farklı bilinç durumları, içimizdeki “ben” duygusu, parapsikolojik fenomenleri ve hatta ölümden sonra bilincimize/düşüncelerimize ne olacağına bir açıklama getirebilir.
Kuantum mekaniği en kötü ihtimalle beyin çalışmasında işe karışmıyor olabilir! Bunu kabul etsek bile, bilincimiz ve diğer beyin özelliklerini kuantum mekaniği özellikleri ile bir araya getirmek, en azından, bize yeni bakış açıları ve farklı düşünme şekilleri kazandırabilir. En azından, beynimize hiçbir zararı olmayacak şekilde bize zihin jimnastiği yaptırır.
Alıntı : http://www.kuantumbeyin.com/index.php?option=com_content&view=article&id=284:bilinci-ve-beyni-anlamak-icin-neden-kuantum-fizii-gereklidir-ya-da-sinir-bilimi-fizii-neden-80-yl-geriden-takip-ediyor&catid=84:bilincin-kuantum-mekanii