Evrimsel süreç boyunca karmaşıklaşan insan beyni, yaklaşık 86 milyar nöron ve bunların arasında kurulan trilyonlarca sinaptik bağlantıyla bildiğimiz en karmaşık biyolojik yapılardan biri olarak karşımıza çıkar. Bu devasa ağın içindeki bilgi akışını, elektriksel aktivasyonları ve metabolik haritaları çözmek modern nörobilimin en büyük çalışma alanlarından biridir. Kafatasımız içinde gerçekleşen nörolojik faaliyetlerle ilişkili olan veya bu faaliyetlerden doğan düşüncelerimiz, duygularımız ve bilinçli deneyimlerimizi doğrudan okuyamasak da beyin dinamiklerini uzay-zaman çözünürlük ekseninde yani mekansal ve zamansal olarak incelememizi sağlayan nörogörüntüleme teknolojilerine başvurabiliriz. Bu yazımızda nörogörüntüleme teknolojilerinden fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI), fonksiyonel yakın-kızılötesi spektroskopisi (fNIRS), pozitron emisyon tomografisi (PET), manyetoensefalografi (MEG) ve elektroensefalografi (EEG)’yi inceleyeceğiz.

Beyin aktivitelerini noninvaziv yöntemlerle gözlemlerken sık karşılaşılan temel kısıtlamalardan biri, zamansal ve mekansal çözünürlük arasındaki takastır. Beyindeki elektrik sinyalleri milisaniyeler gibi sürelerde akıp giderken bu aktivitenin ortaya çıkardığı metabolik ve hemodinamik değişimler saniyeler mertebesinde gerçekleşir.

Beynimiz içerisindeki yaklaşık 86 milyar nöronun eş zamanlı ve karmaşık etkileşimlerini dışarıdan, saçlı deri üzerinden dinlememizi sağlayan en temel ve köklü araçlardan biri elektroensefalografi (EEG) yöntemidir. Hans Berger’in 1920’lerde insan kafatasından ilk elektrik sinyallerini kaydetmesinden bu yana EEG, bilişsel sinirbilimin en vazgeçilmez pencerelerinden biri olmuştur. Peki kafamıza yerleştirilen elektrotlar aslında neyi ölçer? Ham bir beyin dalgasından anlamlı bir spektral analize uzanan süreç nasıl işler? Bu yazımızda, EEG’nin biyofiziksel temelinden başlayarak spontane aktiviteye ve beyin osilasyonlarına uzanan yolculuğu adım adım inceleyeceğiz.

EEG’nin neyi ölçtüğünü tam olarak anlamak için mikro ölçeğe yani nöronal düzeye inmemiz gerekir. Saçlı deriye yerleştirilen bir elektrot, tek bir nöronun ateşlenme potansiyelini bağımsız olarak tespit edemez. Aksiyon potansiyelleri milisaniyeler ölçeğinde gerçekleşen, kısa süreli ve oldukça lokal elektriksel olaylardır. Bu nedenle oluşturdukları yüksek frekanslı elektriksel alanlar uzaklıkla hızla zayıflar ve farklı nöronlardan gelen sinyaller büyük ölçüde birbirini götürdüğü için saçlı deri üzerinden tek tek ayırt edilemez. Bunun yerine EEG, özellikle benzer doğrultuda dizilmiş kortikal piramidal hücrelerde oluşan postsinaptik ve diğer transmembran akımların uzaysal ve zamansal toplamından kaynaklanan elektriksel potansiyel değişimlerini kaydeder. Beyin korteksinin çeşitli katmanlarında yer alan piramidal hücreler, kortikal yüzeye yaklaşık dik yönde uzanan apikal dendritlere sahiptir. Çok sayıda piramidal hücrenin benzer doğrultuda düzenlenmesi, oluşturdukları elektriksel alanların birbirini güçlendirmesine olanak tanır.