Birinin kalbini hızlandırmanın muhtemelen kulağına el feneri tutmaktan daha iyi yolları vardır. Ancak el fenerini lazerle, kişiyi de zebra balığıyla değiştirirsek, işler şaşırtıcı derecede ilginçleşiyor.
Fizikçi Xiaoshuai Liu'nun açıklamasına göre, ışıktan gelen bir sinyalin kulaktan kalp atış hızını değiştirmeye nasıl ulaştığı biraz daha dolambaçlı bir hikaye.
Liu ve meslektaşları tam da bunu başardı ve kulağa inanılmaz gelse de, her yönüyle büyüleyici bir durum.
Liu, "İnsanlar ışık ve ses hakkında düşündüğünde, içgüdüsel olarak ışığı görmeyle, sesi de işitmeyle ilişkilendirir, bu da doğal bir eşleşme gibi görünür. Ancak, sesin fiziksel prensibini geriye doğru izlersek, temelinde titreşim olduğunu görürüz," diyor.
Liu, "Kalp atış hızını kontrol etme fikri, geleneksel müzik terapisinden ilham aldı. Ritmik seslerin kardiyak ritmi modüle edebildiği göz önüne alındığında, şunu merak ettik: Hassas programlanmış ışık demetlerini kullanarak 'ışık müziği' bestelip kalp atış hızı düzenlemesi yapabilir miyiz?" diye ekliyor.
Kulak, küçük titreşimleri algılama yeteneğine sahip hassas yapılara sahip, narin ve karmaşık bir organdır. Omurgalıların çoğunda, bu yapılara kalsiyum karbonattan oluşan minik, taş benzeri kristaller olan otolitler dahildir. Ses veya hareket, bu otolitleri hareket ettirir ve bu da kulaktaki duyu hücrelerini uyarır.
Sesi fiziksel olarak küçük bir nesneyi titreştiren tek şey ses değildir. Yıllardır bilim insanları, küçük nesneleri manipüle etmek için optik cımbız adı verilen bir yöntem kullanıyor. Temel olarak, radyasyon basıncını kullanarak çok, çok küçük bir şeyi itebilen veya hareket ettirebilen fiziksel bir kuvvet uyguluyorlar.
Zebra balığı larvalarının kulaklarındaki otolitler gerçekten de çok küçüktür.
Daha da önemlisi, hareketleri balığın sesi ve hareketi algılamasının bir parçasıdır.
Bu durum, mikro ölçekli nesneleri manipüle etmek için tasarlanmış bir alet için onları ilgi çekici bir hedef haline getirdi. Eğer bir optik tuzak, kulağa herhangi bir ses ulaşmadan bir otoliti hareket ettirebilirse, araştırmacılar etkili bir şekilde işitmenin ilk adımını atlayabilirlerdi.
Liu, "Başlangıçtaki motivasyonumuz, ışığı görmeyle, sesi de işitmeyle olan geleneksel ilişkiyi kırmak ve bunun yerine organizmaların ışığı 'duyması' olasılığını keşfetmekti," diye açıklıyor.
Liu, "Geleneksel düşünce yapısından kurtulduğumuzda, salınım yapabilen herhangi bir strateji, sese eşdeğer bir şey üretebilir," diye ekliyor.
Böylece denediler. Beklendiği gibi.
Optik cımbızları kullanarak, canlı zebra balığı larvalarındaki tek tek otolitleri titreştirdiler ve beyin aktivitesini görüntülediler. Uyarım, işitme ile ilgili bölgeleri aktive etti, bu da mekanik hareketin balığın işitme devreleri tarafından işlendiğini gösteriyordu.
Peki bu, balığın ışığı 'duyduğu' anlamına mı geliyor? Bu sorunun cevabı biraz daha zor.
Liu, "Antik Çinli filozof Zhuangzi şöyle demiştir: 'Sen balık değilsin, balığın neşesini nasıl bilirsin?' Benzer şekilde, zebra balığıyla doğrudan iletişim kuramayız ve ışığı bilinçli olarak 'duyup' duymadıklarını teyit edemeyiz," diyor.
Araştırmacıların belirleyebildiği şey, optik uyarım sırasında işitme ile ilgili nöral merkezlerin önemli ölçüde daha aktif hale geldiğiydi.
Ancak hepsi bu kadar değil.
Araştırmacılar, bir balığın otolitini hareket ettirdiklerinde, kalp atışının hızlandığını fark ettiler.
Bir deneyde, dinlenme halindeki yaklaşık 2 atım/saniye olan kalp atış hızı, uyarım sırasında yaklaşık 2,7 atım/saniyeye yükseldi ve uyarım durduktan sonra yavaşça temel seviyeye döndü.
Araştırmacılar, hedeflenmiş otolit salınımının kalp atış hızını yaklaşık %50 oranında artırabildiğini buldular.
Ve optik cımbızlar, araştırmacıların otolitin nasıl hareket ettiğini hassas bir şekilde kontrol etmelerini sağladığı için, daha da garip bir şey yapabildiler: Müzikle ilişkili desenleri yeniden üretebildiler. Salınımların genliğini, frekansını ve zamanlamasını değiştirerek, ses seviyesi, perde ve ritimle ilgili özellikleri taklit edebildiler.
Bu gözlemler, araştırmayı yeni bir yöne taşıdı.
Liu, "Işığı müzikal uyaranları yeniden üretmek ve kalp atış hızını etkilemek için kullanabildiğimiz göz önüne alındığında, bu yaklaşımı anormal kalp ritimlerini düzeltmek için de uygulayıp uygulayamayacağımızı sormak doğal bir ilerleme gibi görünüyordu," diyor.
Liu, "Bu mantık bizi uyuşturucu kaynaklı aritmiyi kurtarma üzerine deneyler yapmaya yöneltti," diye ekliyor.
Araştırmacılar, zebra balığı larvalarında üç farklı türde anormal kalp ritmi indüklemek için ilaçlar kullandılar, ardından optik olarak oluşturulmuş müzikal uyarımlarını uyguladılar.
Abnormal derecede yavaş kalp atışları olan balıklarda, uyarım kalp atış hızlarını normale yaklaştırdı.
Kalp odacıklarının senkronizasyonunu kaybettiği balıklarda, yedi hayvandan altısında normal koordinasyon geri kazandı.
Ve kalp atışları anormal duraklamalarla kesilen balıklarda, yedi hayvandan beşinde normal ritimler geri döndü.
Daha da inanılmaz olanı, iyileşmelerin bir kısmı uyarım sona erdikten sonra bile devam etti.
Liu, "Bizi en çok şaşırtan sonuç, bu yaklaşımın... sadece kalp atış hızını modüle etmekle kalmayıp aynı zamanda ilaç kaynaklı patolojik aritmileri de kurtarabildiğidir," diye açıklıyor.
Liu, "Duyusal yoldan iletilen tamamen optik bir uyarımın, bir hastalık modelinde normal kalp ritmini geri kazandırabilmesi, başlangıçtaki beklentilerimizi aştı ve gelecekteki terapötik uygulamalar için heyecan verici olasılıklar sunabilir," diye ekliyor.
Elbette bu olasılıkların gerçeğe dönüşmesi için daha uzun bir yol var. Liu, çalışmayı "çok öncül bir kavram kanıtlama gösterimi" olarak tanımlıyor; nöral sinyallerin kalp ritmindeki değişiklikleri tam olarak nasıl ürettiği hala belirsiz ve yaklaşımın daha büyük hayvanlarda işe yarayıp yaramayacağı henüz araştırılmadı.
Liu, "Bu çalışmayı kesin bir cevap olarak değil, optik, işitsel nörobilim ve kardiyak fizyolojinin kesiştiği yeni bir sınırın keşfedilmesi için bir davet olarak görüyoruz," diyor.
Bulgular Nature Communications'da yayınlandı.
