İnanılmaz karmaşık bir yapıya sahip olan beynimizin sıra dışı bir çalışma şekli var. Her saniye duyularımızla gelen iletileri alıyor, milyarlarca elektrik sinyalini mikrosaniyeler ölçeğinde işleyerek oluşturduğu komutları ilgili organlara iletiyor.
Bunu yaparken bir algoritması olmalı, ancak bu algoritmanın bizim klasik mantığımıza uygun olduğunu söylemek zor. Düşünme, kayda alma, anı oluşturma, hatırlama, karar verme gibi zihinsel aktiviteleri açıklamada zorlanıyoruz.
Sinir sinyalleri, elektrik yüklü atomların sinir hücrelerinin duvarlarından geçişi ile oluşan elektrik darbeleri olarak tanımlı. Bu elektrik yüklü atomlar beynimizde ciddi bir elektrik ve manyetik alan yaratıyor.
Bilim insanları elektroensefalografi (EEG) taramaları ve bilişsel testler gibi yöntemlerle beynin düşünme, öğrenme, hatırlama gibi zihinsel süreçlerini anlamaya çalışıyorlar ancak bizim aradığımız soruların yanıtları tam olarak verilemiyor.
Kaliforniya Santa Barbara Üniversitesi'nde fizikçi Matthew Fisher'e göre beyin bir kuantum bilgisayar gibi çalışıyor olabilir; özellikle fosfor atomları beyin yapısı içinde bir tür "qubit" gibi davranabilirler, diyor.
Hatırlarsanız, daha önceki yazılarımızda bundan bahsetmiştik.
Matthew Fisher kuantum faz geçişleri üzerine uzmanlaşmış bir fizikçi, ancak onun kişisel deneyimleri onu biyoloji, kimya, sinirbilim ve kuantum fiziği arakesitinde bir yere taşımış.
Fisher, fizikçi bir aileden geliyor. Babası Michael E. Fisher, Maryland Üniversitesi'nde istatistiksel fizik alanındaki çalışmaları ile tanınan bir bilim insanı. Kardeşi Daniel Fisher, Stanford Üniversitesi'nde bir uygulamalı fizikçi.
Fisher'in sinir bilimle ilgilenmesinin altında yatan neden, onun uzun yıllara yayılan bir depresyon sorununun olması, hatta bu sorun onu intihara eğilimli bir kişilik haline getirmiş. Bu denli başarılı ve yaşamla bağı olan bir bilim insanının depresyonla mücadelesinde yenik düşme tehlikesi depresyon sorununun ne denli büyük olabileceğinin de bir göstergesi.
Fisher, depresyonla olan savaşında doktorların uygun gördüğü ilaçları almasıyla zihinsel durumunda iyileşme hissetmeye başlıyor.
Bu deneyim, Fisher'in ilgisini ilaçların beyin üzerindeki etki mekanizmalarına yöneltiyor. Bu ilaçların beyin üzerinde pozitif etkileri olduğu net olmakla birlikte etki mekanizmasının belirsiz olduğunu görüyor.
Bu alandaki mevcut açıklamaları yetersiz bularak beynin kuantum işleme olasılığını düşünmeye başlıyor ve ilgisini lityum içeren ilaçlara yönlendiriyor.
Lityum içeren ilaçlar, uzun yıllardır bipolar bozukluk ve depresyon tedavilerinde yaygın olarak kullanılmakta. Lityum'un insanlar üzerindeki etkisi, 1949 yılında Avustralyalı psikiyatrist John Cade tarafından keşfedilmiş, ancak ilaç 1970'lerde onay almış.
Bu ilaçların beyindeki düzensizliği nasıl düzenlediği ya da nasıl bozduğu, yani etki mekanizması tam olarak bilinmiyor. Ayrıca lityumun farklı izotoplarından yapılan ilaçların farklı etkilere neden olduğu yönündeki bulgular da oldukça kafa karıştırıcı.
Biliyorsunuz, bir elementin izotopları dediğimizde bu elementin atom çekirdeğinde proton sayısının aynı, ancak nötron sayısının farklı olduğu formlardan bahsediyoruz. Proton sayısı o elementin kimliğidir. Ancak nötron sayıları değişebilir. Atom çekirdeğinde proton sayıları aynı, nötron sayıları farklı olanlara o elementin izotopları deniyor. Bu izotopların kimyasal özellikleri değişmez ve canlı yapının biyolojisini bu özellikler oluşturur.
Fisher, kendi deneyiminden hareketle özellikle lityum izotopları içeren ilaçların etki mekanizmalarını araştırmaya başlıyor. Bu ilaçlarda en çok kullanılan lityum-7 ve daha az yaygın olan lityum-6 izotopları üzerine odaklanıyor.
Kimyasal açıdan farklı lityum izotoplarının aynı etkiye sahip olması gerekirken bulgular bu öngörüyü doğrular nitelikte değildir.
Fisher, 1986 yılında Cornell Üniversitesi'nde gerçekleştirilen bir çalışmaya odaklanıyor. Bu çalışmada bilim insanları lityum-6 ve lityum-7'nin anne adayı fareler üzerindeki etkilerini karşılaştıran bir deney tasarlamışlar ve lityum-6 alan anne farelerin, lityum-7 veya kontrol grubundakilere göre çok daha güçlü anne davranışları sergilediklerini saptamışlar.
Ortaya çıkan sonuç bu iki izotopun etki mekanizmasının farklı olduğu yolundadır.
Fisher, bu farklılığın atom çekirdeklerinden kaynaklandığını düşünür. Ona göre lityum atom çekirdeklerinin spin özellikleri ilaçlarda görülen farklılıkların temel kaynağıdır.
Lityum-6 ve lityum-7 farklı sayıda nötron içerdiğinden, farklı dönüşlere dolayısıyla farklı spin özelliklerine sahiptirler. Bu durum kuantum dolanıklık sürelerini etkiliyor, yani lityum-7 izotopuna göre lityum-6 daha uzun süre dolanık kalabilir, demek oluyor.
Fisher için bu sonuç, kuantum etkilerinin bilişsel süreçlerde işlevsel bir rol oynayabileceğine ilişkin önemli bir kanıt niteliğindedir.
Böylece beynin işleyişinde etkili olan ama nasıl etkili olduğunu bilmediğimiz lityumun izotopları arasındaki farklı etki mekanizması onların kuantum dolanıklık özelliğine bağlanmış oluyor.
Fisher'e göre, "Eğer beyinde nükleer spinlerle bir kuantum işlem gerçekleşiyorsa, bu her zaman oluyor demektir".
2020 Nobel Fizik Ödülü sahibi Roger Penrose da bu görüşe katılıyor: "Stuart Hameroff ve ben, nükleer spinlerin uzun süreli hafızanın önemli bir bileşeni olabileceği görüşündeydik, Matthew Fisher'ın bulguları bu alandaki çalışmalara çok olumlu bir katkı sağlayor."
Ancak hala bilincin ne olduğuna net bir açıklama getiremiyoruz. Ancak beynin algoritmasını anlamada eksik olan parçalar, kuantum etkileri ile bir anlam kazanabilir.
Beynin algoritmasını çözebilirsek, onun elektriksel iletileri nasıl kimyasal bilgiye ve ardından da bilişsel yetileri tetikleyen anlamlı bilgiye dönüştürdüğünü anlayabileceğiz.
Kaynakça
