Birinin kalp atış hızını artırmak istiyorsanız, muhtemelen bir el fenerini kulağına tutmaktan daha iyi yollar vardır. Ancak, el feneri yerine bir lazer kullanın ve “birisi” yerine de bir zebrafish (ilmek balığı) kullanırsanız, işler şaşırtıcı derecede ilginç hale gelir.
Ancak, ışığın kulaktan nasıl gelip kalp atış hızını değiştirdiğine dair hikaye biraz daha karmaşıktır. Çin’deki Guangzhou Üniversitesi’nden fizikçi Xiaoshuai Liu, “İnsanlar ışık ve ses düşündüğünde, genellikle ışığı görme ve sesi duyma ile ilişkilendirirler; bu, doğal bir eşleşme gibi görünüyor. Ancak, sesin temel prensibine baktığımızda, aslında titreşimden ibarettir” diyor.
Liu ve meslektaşları tam olarak bunu yapmışlar ve sonuç her şeyden daha inanılmaz. “Geleneksel müzik terapisi fikri bizi ilham verdi. Ritmik sesin kalp ritmini etkileyebildiği düşünüldüğünde, ‘Işık huzmeleriyle ‘müzik’ bestelemenin ve kalp atış hızını düzenlemenin mümkün olup olmadığını merak ettik” diyor.
Kulak, hassas yapılarla donatılmış karmaşık bir organdır ve en ufak titreşimleri bile algılayabilir. Çoğu omurgalıda bu yapılardan biri de otolitler‘dir; bunlar, kalsiyum karbonat kristallerinden oluşan minik taş gibidir. Ses veya hareket, bunların hareket etmesine neden olur ve bu da kulaktaki duyarlı hücreleri uyarır.
Sadece ses değil, aynı zamanda fiziksel olarak küçük bir nesneyi hareket ettirebilecek başka şeyler de vardır. Bilim insanları uzun zamandır, “optik penseler” adı verilen bir teknikle minicik nesneleri manipüle etmektedirler. Temel olarak, ışığın basıncını kullanarak çok küçük şeyleri itebilir veya hareket ettirebilirler.
Zebrafish larvalarının kulaklarında bulunan otolitler gerçekten de çok küçüktür. Daha da önemlisi, bunların hareketi balığın ses ve hareketi algolamasının bir parçasıdır. Bu durum onları, herhangi bir sesi kulağa iletmeyen bir araçla manipüle etmeyi amaçlayan bir hedef için ilginç hale getirmiştir. Optik bir tuzak, otoliti hareket ettirmeden kulaktaki duyarlı hücreleri uyarabilirse, araştırmacılar ilk adımı atlayarak sesin işlenmesini engelleyebilirler.
“İlk motivasyonumuz, ışığı görme ve sesi duyma ile ilişkilendirme alışkanlığının dışına çıkmak ve organizmaların ‘ışıkla duymasını’ sağlamanın mümkün olup olmadığını araştırmak oldu” diyor Liu.
“Geleneksel düşüncenin dışına çıktığımızda, titreşimi oluşturabilen her strateji aynı zamanda ses üretebilir.”
Ve tam olarak bunu yaptılar. Otolitleri hareket ettirmek için optik bir tuzak kullandılar ve beyindeki aktiviteyi görüntülediler. Bu uyarım, balığın işitsel bölgelerini harekete geçirerek, mekanik hareketin balığın işitsel devreleri tarafından işlendiğini gösterdi.
Peki, bu balığın “ışıkla duyduğunu” söyleyebilir miyiz? Bu biraz daha karmaşık bir soru.
“Antik Çinli filozof Zhuangzi, ‘Sen balık değilsin, nasıl balığın neşesini bilebilirsin?’ demişti. Benzer şekilde, zebrafish’lerle bilinçli olarak ‘ışığı duyup duymadıklarını’ doğrudan öğrenemeyiz.”
Ancak araştırmacılar, optik uyarım sırasında beyindeki işitsel merkezlerin önemli ölçüde daha aktif hale geldiğini belirleyebildiler.
Ve bu da her şey değil. Araştırmacılar aynı zamanda, bir balığın otolitini hareket ettirdiklerinde kalp hızının arttığını fark ettiler. Bir deneyde, yaklaşık 2 atım/saniye olan dinlenme kalp hızı, uyarılma sırasında yaklaşık 2,7 atım/saniyeye yükseldi ve ardından uyarılmanın durmasıyla birlikte temel seviyeye dönmeye başladı.
Araştırmacılar, optik tuzakların kullanarak otolitlerin hareketini hassas bir şekilde kontrol edebildikleri için, daha da garip bir şey yaptılar: müziğe karşılık gelen kalıpları yeniden yarattılar. Salınımların genliğini, frekansını ve zamanlamasını değiştirerek, sesin yüksekliği, tınısı ve ritmi gibi özellikleri taklit ettiler.
Bu gözlemler araştırmayı yeni bir yöne taşıdı. “Kalp hızını etkilemenin yanı sıra, ışıkla üretilen müzik sinyallerinin aynı zamanda anormal kalp ritimlerini düzeltmek için de kullanılıp kullanılmayacağını merak ettik” diyor Liu.
“Bu düşünce bizi, ilaç kaynaklı aritmileri düzeltme deneyleri yapmaya yöneltti.”
Araştırmacılar, zebrafish larvalarında üç farklı türde anormal kalp ritmi oluşturdular ve ardından optik olarak üretilen müzik sinyallerini uyguladılar. Yavaş kalp hızına sahip balıklarda, sinyal temel seviyeye yakın bir hıza getirdi. Üst ve alt odaların senkronize olmadığı balıklarda, yedi hayvanın altısında normal koordinasyon yeniden sağlandı.
Ve daha da inanılmaz olanı, bazı iyileşmeler uyarılmanın durmasıyla bile devam etti. “Bizi en çok şaşırtan sonuç, bu yaklaşımın sadece kalp hızını etkilemekle kalmayıp aynı zamanda ilaç kaynaklı patolojik aritmileri de düzeltebilmesidir” diyor Liu.
“Tamamen optik bir sinyalin, işitsel yol aracılığıyla verilerek, hastalık modelinde normal kalp ritmini nasıl geri getirebileceği, beklentilerimizin ötesindeydi ve gelecekteki terapötik uygulamalar için heyecan verici olanaklar sunabilir.”
Ancak bu olasılıklar henüz gerçekleşecek kadar yakın değil. Liu, çalışmayı “çok önleyici bir kavram kanıtı” olarak tanımlıyor; sinyallerin kalp ritimlerini nasıl etkilediği hala belirsiz ve bu yaklaşımın daha büyük hayvanlarda işe yarayıp yaramayacağı henüz araştırılmadı.
“Bu çalışmayı kesin bir cevap olarak değil, optik, işitsel nörobilim ve kardiyovasküler fizyoloji arasındaki yeni bir alanı keşfetmeye davet olarak görüyoruz” diyor Liu.
Bulgular, Nature Communications dergisinde yayınlanmıştır.
Bu gelişme hakkında düşüncelerinizi, donanım deneyimlerinizi veya sorularınızı Topluluk Forumumuzda paylaşın.
Foruma Katıl & Yanıtla ➔
İlk yorumu siz yazın
Fikrinizi bir kaynak, soru veya yapıcı karşı görüşle geliştirin.