Wednesday, December 04, 2013

Yazılım Geliştirme Sürecinde Tasarımın Rolü


Bu yazımı esinlendiğim değerli kişilere sunuyorum:

Ahmet ARZIK, Niyazi SARAL, Birol BAŞARAN, Nadir YÜCEL, Roy PERRY, Cevdet ACAR, Cem GÖKNAR, Ahmet DERVİŞOĞLU, David B. WILLIAMS, Arthur CORRA, Roque CORDERO, Kemal ERTAŞ, İlhan USMANBAŞ, Erçivan SAYDAM, Aydın YALÇIN, Münevver YARDIMSEVER, Sevgi AKIN

 ISO12207, Mil498 gibi yazılım yaşam döngüsü standartları [1,2,3,4] anahatları ile kullanıcı şartları, yazılım şartları, yapısal tasarım şartları, ayrıntılı tasarım aşamalarına işaret eder.  Bunlardan yazılım şartları , yapısal tasarım şartları ve  ayrıntılı tasarım yazılım geliştirme sürecinin tasarım unsurlarıdır.

 Yazılım şartları kullanıcı şartlarında belirtilen isteklerin gerçekleşmesi için gerekli teknik nitelikleri ve unsurları belirler.  Yapısal tasarım şartları ise farklı unsurlar arasındaki ilişkileri ve her unsur içinde de bütün parça ilişkilerini belirler.  Ayrıntılı tasarım dökümanı yapısal tasarımın gerçekleştirilmesi için gerekenleri  teknik araçlar cinsinden bir sembolik dille belirler.

 Başarılı bir tasarım bilgi ve tecrübenin naklini kolaylaştırır.  Proje başında ve daha sonra yeni katılımlarda takımın öğrenme sürecini kısaltır.

 Doğru bir tasarım proje planlamasında zamanlama hesaplarının yapılmasını mümkün kılar.  Maliyet hesaplarının doğruluğunu belirler.  Eleman ve takım çalşma verimliliğinin takibini mümkün kılar.

 Tasarım projenin küçük parçalaar bölünmesini sağlar.  Ağır yüklerin küçük parçalara bölünmesini ve bu küçük parçalar arasında eşgüdüm ve ilişki kurulmasını (correlation) sağlar.  Benzer şekilde küçük parçaların yan yana getirilip daha büyük bütünler oluşturulmasına yol açar(scaling).

 Tasarım projenin kuşbakışı bir görünümünü vererek alt-bütünler ve onların altparçaları arasındaki olası yan etkilerin gözlenmesine olanak tanır.  Tasarım test durumlarının belirlenmesinde ve test eksikliğinden  kaynaklanan aşırı maliyetlerin düşürülmesinde belirleyici rol oynar.

 Büyük ve karışık projeler tek tek insanların algılama, izleme  ve muhakeme yeteneklerini aşar(transcendence).  Programcı program içine notlar yazarak ayrıntıları korumaya/hatırlamaya çalışır.  Fakat bu durum çok kişili takımlarda kuşbakışı bir görünüm vermeğe yetmez.

 Tasarım proje için niyet(intention) ve görevler(taskset) belirleyerek projenin farklı kısımları ve takımın farklı grupları arasında koordinasyonu sağlar.  Tasarım yalnız genel bir yön hissi vermekle kalmaz, geliştirim unsurları arasında arayüzleri de tanımlar.

 Tasarım yol gösterici olmalıdır.  Proje zora girdiğinde, tıkanmalarda(bottleneck), tasarım yol açıcı olmalıdır.  Tasarım dinamik olmalı, kolaylıkla değiştirilebilmelidir.  Küçük bir değişiklikle tıkanıklıklar aşılabilmelidir.  Tasarım bu özellik dikkate alınarak yapılmalıdır (örn. moduler olmalıdır).

 Tasarım esnek olmalıdır.  Bir tasarım ne kadar çok ayrıntı belirlerse o kadar sıkı olur ve esnekliğini kaybeder.  Tasarım kolay değiştirilebilirlik için esnek olmalı, çok ayrıntılı olmamalıdır.  Esnekliğin homojen olması gerekmez.  Tasarım belirli yerlerde sıkı, belirli yerlerde esnek yapılabilir. 

 Tasarım yazılım geliştiricilerin muhakeme yetenekleri kadar onların ilham yeteneklerine de yer ve pay bırakmalıdır.  Tasarım herşeyi kendisi çözmeye  kalkmamalıdır.   Yazılım geliştirme dağınım bir süreç olmalıdır.

 Tasarım ne olduğu kesin olarak tanımlanabilen bir olgu değildir.  Tasarım tarif edilebilir fakat tanımlanamaz.  İnanıyorum ki, yazılım geliştirmeye ait tasarım unsurlarının esnekliği, ilham için kasıtlı boşluklar ya da hayal gücü için cambazlık yapılacak alanlar bırakarak en büyük başarıya ulaşabilir.

 Ali R+ SARAL

 KAYNAKLAR:

[1] Saral, Ali R+;  Yazılım Yaşam Döngüsü Belgeleme Sistemi
 http://largesystems-atc.blogspot.com/2007/03/yazilim-hayat-dngs-belgeleme-sistemi.html

[2] Saral, Ali R+; KISACA IEEE/EIA 12207 Yazılım Yaşam Döngüsü Süreçleri Standardı Ne Yapar? http://largesystems-atc.blogspot.com/2007/11/kisaca-ieeeeia-12207-yazilim-yaam-dngs.html

[3] Saral, Ali R+; ISO 12207 ve İlgili Yazılım Yaşam-Döngüsü Standartları
http://largesystems-atc.blogspot.com/2007/11/iso-12207-ve-ilgili-yazlm-yaam-dngs.html 

[4 ]Saral, Ali R+; IEEE/EIA 12207 Yazılım Yaşam Döngüsü Standardında Süreçlerin Birbirleri ile İlişkileri
http://largesystems-atc.blogspot.com/2007/12/ieeeeia-12207-yazilim-yaam-dngs.html

 

Monday, October 14, 2013

Hava Trafik Kontrolü üzerine...



15 yıl sonra tekrar bakınca;

Hava Trafik Kontrolü Uçuş Planı İşlem Mühendisliği  yapmış olduğum
en hayırlı ve kalıcı iş ...  Alman Hava Sahasına yaptığım katkılarla ilgili
resmi belgeleri aşağıda bulabilirsiniz.

Fifteen years later;

Air Traffic Control Flight Plan Processing Engineering has been the most
beneficent and longlasting... You may find below the official documents
related to my contributions to the German airspace.



Saturday, September 28, 2013

Entonasyon - Intonation

Burada, entonasyon hakkında bazı notlarımı bulacaksınız.  Bu notları,  üstünde çalışmakta olduğum son eserim 'SÖZLERİN MÜZİĞİ' adlı bestem için çalışırken biriktirdim.  Daha sonra bunların tümü entonasyonla ilgili bir makaleye dönüşecek.

yavaş tane tane hafif yumuşak bir ses:

yavaş:  harfleri uzatarak, harfler peşi peşine koşturmadan
tane tane: kelimeler belirgin şekilde ayrı ayrı ve aceleye getirilmeden
hafif: ses şiddeti gür değil, çok zayıf ta değil
yumuşak: dudakları hafif şişirerek, ağız içi kuru değil, hafif ağız sulanarak

nazik, mesafeli bir ses:

mesafeli: ince ve kalın bileşenler içermeyen, titremesiz(vibratosuz), hışırtılı(ağız boşluğunda tınlamayan)
hafif: ses şiddeti zayıf
ince renkli: incce perdeden ve kalın bileşenleri olmayan
kullanılış örneği: markette kasiyerle konuşma sırasında

davudi, borazan gibi bir ses:

gür ve sabit: ses şiddeti yüksek, bağırır gibi ama ses çatlamıyor, hep aynı güçte, anlama göre değişmiyor
akıcı: kesinti duraklama yok, nefes kesintileri belirsiz
parlak:ağız ve dudaklar ıslak, hatta tükrük saçarak,
tınlama: ağız boşluğunda burun ve dişlerde rezonans
koyu: orta ve kalın konuşma sesi, renk olarak kalın sesler
kullanılış örneği: iddia ederek zorla ikna çabasında

nazik fakat alt-üst ilişkisi çerçevesinde,  statü belirten resmi bir ses:

hafif: ses şiddeti az, (eğer üst iseniz biraz daha yüksek olabilir)
hışırtılı: dişlerde tınlayan, s, z gibi sesleri vurgulayan, ıslık çalar gibi
titreme yok: vibratosuz

duyarlı, çıtkırıldım, samimi, içten bir ses:

hafif: ses şiddeti az
titreyen: vibrato, gırtlakta titreme
burun ve ağızda tınlayan: n sesi gibi ama fazla değil,
parlak değil: ağız kuru, tükürük az
hışırtı: şart değil fakat buruk bir etki istenirse olabilir (tınlamayı hafif dişlere kaydırarak ve
s, z gibi sürtünme ve p gibi patlayıcı sesleri vurgulayarak.

Hastabakıcı sesi:
Kalın perdeden, patlama derecesinde bağırarak, sanki bağırsaklarından geliyor gibi derinden.

Yaşlı hastaların kulakları ince ve zayıf sesleri duymadığı için kalın ve gür bir ses...
Ayrıca demans-bunama nedeni ile de hastaya sesini duyurtmak dert anlatmak çok zor olabilir.

Sesin derinliği yüksek ses şiddeti sağlamak için diyafram ile akciğerlere baskı/darbe yapmaktan.

Çirkin bir ses:
Hastabakıcı ses tonu ile normal insanlara hitap eder.   Sizi erken bunamış ve sağır yerine koyar.

İddialı bir ses:
Cümle içinde her kelimeye vurgu yapan ama vurgudan hemen sonra hafifleme boşlukları olan gür ve kalın bir ses.  Ses rengi çatlamalı (diyafram zorlaması nedeni ile), bol rezonans ve vibrato(titreme).

Kaba bir ses:
Her kelimeye eşit ve çok vurgu yapan gür ve kalın bir ses.  Çatlama yok, vibrato az, rezonans az.

Saldırgan bir ses:
Her ses eşit ve vurgulu ama kelimelerin arası kesik, kesik...  Gür ve kalın bir ses. Rezonans bol, vibrato olabilir.  Bu sesi kullanan kişi her unsura hakim olduğunu göstermek ister sesiyle...

Anlamlı bir ses:
Anlam yalnız kelimelerin ifade gücü ile değil onları artikule ediş-söyleyişimizce de belirlenir.
Vurgunun cümlenin ifade ettiği anlama göre yerleştirilip yönetildiği ses tonu anlamlı ses tonudur.
Bu yalnız vurgu ile değil, ses rengi, gücü, ses perdesi,tempo, ritmik karakterle de belirlenir.

Anlamsız bir ses:
Sesin bütün öğeleri ya da bir kaçı hep sabit  özellikte ise...  Sabit öğelerin sayısı arttıkçe konuşma anlamsızlaşır.

Kibar bir ses: (Bunu Almanya'da öğrendim)
Yüksek bir ses şiddeti ile başlayıp hafifleyerek bittiği ses tonu.  Hafifleme artık cümlenin anlamı belli olduktan hemen sonra gerçekleşir.  Karşıdaki insanın anlayışına olan güveni belirtir, onu insan yerine koyar.



devamı var...

Wednesday, September 18, 2013

Kullanıcının Emniyet Seviyeleri

Her karışık ve büyük sisteme ait emniyet seviyeler şeklinde düzenlenmiştir.  Örneğin hava trafik kontrolünde eğer radar görüntüsü bir arıza nedeni ile kaybolursa kontrolör strip denilen kağıtlar üzerindeki bilgileri ve kafasında kalan görüntüyü kullanarak uçak trafiğini idare eder.  Ya da otomobillerde hız azaltmak için vites küçültmek, fren ve el freni seviyeleri vardır.

Gerçek bir sistemin karışıklığına hakim olabilmek için temel bir prensip hiyerarşik bir örgütlenme uygulamaktır[1].  Güvenlik seviyeleri de belirli bir hiyerarşiye göre düzenlenmiş olmalıdır.

Sistem tanımı yaparken geleneksel olarak kullanıcı sistemin dışında ayrı bir varlık olarak belirlenirdi.  Oysa son zamanlarda kullanıcının kendisi de sistem tanımı içine alınmakta.  Çünkü günümüzün karışık sistemlerinde kullanıcının kendisi de sistemin davranışı ve gelişimini etkiliyor. 
Sistem emniyetini sağlamak için kullanıcının kullandığı muhakemesel yaklaşım hiyerarşik olarak örgütlenmiş güvenlik seviyeleri içermelidir.

Bu seviyelerden en son başvurulacak olan zihnin otomatik süreçler kullanarak çalışıp tepki gösterdiği seviye olmalıdır.  Bu seviye amygdala'da tetiklenen ve Hypocampus'ta içeriği depolanan eylem reçetesini içerir.  Örneğin: 'otomobil kullanırken öndeki arabanın arka fren ışıkları yanınca frene bas'...

Orta seviye bir eylem planını değiştirme seçeneği ile birlikte uygulayabilmeyi sağlar.  Bu seviye beynin yönetsel kısmı PFC ile yapılanları hedeflenen şeyle karşılaştıran ACC tarafından işlenen eylem planını içerir.  Örneğin 'öndeki arabayı geçmeye ilişkin eylem planı'.  Eğer karşıdan gelen olursa eylem planı iptal edilebilmelidir.

İlk seviye eylem planlarından oluşan bir eylem programını içerir.  Bu seviye PFC ve veri depolayan HypoCampus tarafından işlenen eylem programını içerir.  Örneğin 'yola çıkmadan önce bir plan yapmak'.  Bu üç seviyede de kullanıcı ne yaptığının farkında olmak için HypoThalamus'u da içeren bilinçten faydalanır.  Ülkemizde iyi eğitilmemiş ya da bazı tecrübesiz bireyler de sık sık görülen bir eğilim en son kullanılacak olan otomatik süreç seviyesini ilk elde kullanmaktır.  Bu durum, trafikte yanlış yöne gidişlere ve daha kötüsü kritk durumlarda başvurulacak acil tepki yokluğuna yol açmaktadır.

Sorunun önemli bir nedeni toplumumuz kültüründe derinlik kavramına yeterince yer verilmemesidir.  Müzüğimizde çok sesliliğin daha yeni yeni başlaması tesadüf değildir.

[1] Brehmer, B., Systems Design and the Psychology of Complex Systems,
Uppsala University, Department of Psychology, Sweden.



Thursday, August 01, 2013

Dikkate alma, ertele, geciktir! - Ignore, postpone, delay!

Engellemenin Önemi
The Importance of Inhibition
 
İnsan zihninin işleyişinde engellemenin özel bir yeri var.  Jonas et all’un “Neural Inhibiton” adlı makalesi bunu çok teknik düzeyde ele alıyor.  Okumanızı tavsiye edemem doğrusu...
 
Fakat bu makaleden esinlenerek aklıma gelen slogan:  Ignore, postpone, delay!
 
Dikkate alma, ertele, geciktir!
 
Yalnız beynimiz içinde değil günlük yaşamımızda da bir çok işi birlikte yürütmek durumundayız...
Hatta bu işlere göre farklı farklı rollerimiz, karakterlerimiz var.  Her başladığımız işi sonuna kadar götürmek yerine bir süre ara vermek bazan onu sürdürmekten daha doğru olabilir.  Çünkü bu diğer işlere, rollere de şans tanıyabilir.
 
Zihinsel yük altında çalışan kişilerde zaman zaman çalışmayı durdurmak sorunların bilinçaltında otomatik düzeltilmesini sağlıyabilir.
 
Ve daha bir çok olumlu örnek bulabiliriz.  Ama bir de negatif yan olabilir.  Eğer engellemek ile yapmak – düşünmek arasında koşullara göre değişebilen uygun bir denge bulamazsak sorun çıkabilir.  Örneğin evde yere düşen bir kağıt parçasını almak yerine onu ertelersek belirli bir noktaya kadar sorun çıkmaz.  Temizlik zamanı gelince temizlenir.  Ama engellemekle yapmak arasındaki dengeyi iyi tutturamazsak evimiz çöplüğe dönebilir.
 

Sunday, July 14, 2013

Kendini Ayarlayan Beyin

Bu yazı aşağıdaki makaleden kısaltılarak oluşturulmuştur.
This note has been produced by editing the below article.

The self-regulating brain: Cortical-subcortical feedback and the development of intelligent action
Marc D. Lewis , Rebecca M. Todd; University of Toronto, Canada

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0885201407000573

Ayarlama genellikle aksi takdirde istenmeyen şekilde alıp başını gidecek bir süreci düzeltmek ve kontrol etmek anlamında kullanılır.  Bir su kaynatıcı içindeki sıcaklığı ayarlamak isteriz.  Bunun klasik bir örneği termostattır.  Fırın sürekli yanmasını istediğiniz ama hatalı bir şekilde bir yanıp bir sönmesini istemediğiniz bir cihazdır.  Fırın, çalışmasını ayarlamak istediğiniz bir şeydir.  Bu, kontrolör(duvardaki ayar) ile kontrol edilen(fırın) arasında bir negatif geribesleme ile gerçekleştirilir.  Çok ısındığında, fırın kapatılır.  Çok soğuduğunda açılır.  İşte bu, standard mekanik bir sistemdeki ayarlamadır.

Fakat beyin standard mekanik bir sistem değildir.  Karşılıklı, birden çok ve kendi kendine etkileşen, yüksek derecede karışık bir bileşenler ağıdır.  Üstelik, biyolojik bir sistem, ve bu genellikle bileşenlerin etkileşimi yapılarını değiştiriyor anlamına gelir.  Beyin esasen kendi kendini organize eden bir sistem.  Bu hem gerçek zamanda (örn. 500ms) hem de gelişme çağlarında (örn. bebeklikten okul çağına kadar) olur.

Diğer kendi kendini düzenleyen sistemler gibi, beyin çoklu, iç içe geribesleme işlemleri ile çalışır:  yalnızca faaliyetlerin birbirlerini durgunlaştırdıkları  negatif geribesleme değil, fakat aynı zamanda faaliyetlerin birbirlerini güçlendirip destekledikleri pozitif geribesleme ile (Lewis, 2005a, 2005b; Lewis & Todd, 2005).

1.     Beyindeki Düşey Yapı

düşey boyut...  Bu kafadan enseye giden düz bir hat değil, beynin orta nüvesindeki en ilkel bölgelerden bu bölgelerin dışında yer alan ve cerebral cortex adı verilen bölgelere uzanan hayali bir eksen...   Bu boyut genellikle sinirsel-eksen(neuroaxis) olarak adlandırılır ve dört önemli yapıdan oluşur: beyin sapı, diencephalon (thalamus and hypothalamus), standard limbic yapılar (örn., hippocampus, amygdala) ve basal ganglia, ve son olarak cerebral cortex’in kendisi(Lewis,2005b). ...

PFC’nin hemen hemen tamamı association cortex’ten oluşur, ve dolayısıyla ham işaret ve motor bilgilerini işlemez...

Sinirsel eksenin her üst seviyesi, aşama aşama yükselip PFC’de doruk noktasına ulaşarak, uyarı ve yanıt arasında geçen süreyi uzatır ve zeki davranışa katkıda bulunur (Saarnat and Netsky (1974), Tucker, Derryberry, and Luu (2000)).  Eğer bütün sahip olduğumuz bir beyin sapı olsaydı, hareketin algılanması o an donup kalma davranışına yol açardı.

 PFC’ye sahip olmamız, eylemlerimizi sonsuz derecede yavaşlatmamızı sağlar.  Böylece yüksek muhakemesel süreçlerin bir çok olası plan-stratejiyi karşılaştırma ve elemesine imkan sağlar ve uzun vadede en faydalısını seçeriz.  Tucker’ın uyarıdan yanıta geçişi yavaşlatma kuramı, yönetsel süreçlerin özünü yakalar.  Bilinçli olmak tekrar gözden geçirmektir, tepkisellik değil.

Kendi kendini ayarlamak, veya herhangi bir ayar kavramı beyin tartışılırken garip düşer.  Beynin içinde ayarlayıcı ya da ayarlanan türünde hiç bir şey yoktur.  Belirli bir kontrol sistemi tarafından ayar gerektiren herhangi bir tek başına eylem yoktur.

Aslında, yine de bu problemi ciddiye aldığımızda, ayarlamanın anlamı bir termostatın çalışmasına göre çok daha ilginç şekilde dallanıp budaklanır.  Bütün beyin vücut süreçlerini ayarlamak için tasarlanmıştır, buna kendileri de vücut süreci olan sinirsel eylemler dahildir.  Yani, bütün beyin hem bir ayarlayıcı hem de ayarlanandır; o hem başakalarını ayarlar hem de kendini ayarlar.

2.     Tekrar kendi kendini ayarlama üzerine

Beynin işlevi, dünyanın sürekli değişen olaylar akışına uyumlu olabilmeleri için,  bütün vücut süreçlerini ayarlamaktır.  Beynin kendi vücutsal bir süreç olduğu için o da dünyanın gerçeklerine uyumlu hale gelmek zorundadır.

Gelişme çağında, öğrenme, beyni belirli bir ortamın ayrıntılarına uyumlu kılar, ve öğrenme her zaman duygu ile de yönlenir.

Yani, beyin kendi kendini ayarlamanın temel organıdır, vücudun eylem sistemlerinin ayarı, veya daha geniş olarak beynin kendisini de içeren vücut sistemlerini ifade etmektedir.  Son söz olarak, bütün kendi kendini organize eden sistemler, kendi kendilerini ayarlamak zorundadır. Kontrol edilmek zorundadırlar.

Kendi kendini düzenleme, kontrolden çıkınca sahipsiz yeniliğe ve bunun sonucunda kaçınılmaz olarak ölüme yol açar.  Kanser bariz bir örnektir.  Dolayısıyla, kendi kendini gerçekten düzenleyen vücut kısmı aynı zamanda kendi kendini ayarlamada en güçlü olmalıdır.

Beyinden kaynaklanan psikolojik işlevler –muhakemesel, duygusal, ve eylemsel işlevler- hem ayarlamak hem de ayarlamak zorundadır.  Beyin harici gerçeklerle baş etmek için yalnızca vücudu ayarlamakla kalmaz, kendini de ayarlar, fakat aynı zamanda dahili gerçeklerle baş etmek için ayarlamak ve ayarlanmak zorundadır.

Ayarlamayı, bastırma ve bir sistemdeki faaliyeti diğeri kanalı ile arttırma cinsinden düşünmek yerine, beyin gibi bir karışık bir sistem içindeki ayarlamaya en iyi uyan kavram çok sayıda farklı bileşen arasında eşgüdüm (coordination)’dür.

Beyin kısımları birbirleri ile eşgüdümlü olarak ayarlanır(ve ayarlarlar).  Bir bakıma boş bir iddia.  Beyin sistemleri herhangi bir şeyi yapmakta ancak eşgüdümle etkin olabilir.  Hiç bir beyin sistemi kendi başına bir iş yapamaz...

Eşgüdüm durağanlaştırmanın temel mekanizmasıdır.

Kendi kendini organize eden sistemlerde, birden çok bileşenin süregelen ortak aktivasyonu bastırıcı bir etki yapar-tek bir hedef sistem üzerinde değil- fakat sistemin tümü üzerinde.   Bu, anlık büyümeyi harekete geçiren pozitif geribesleme özelliklerine karşı bir çeşit panzehir sağlar.   Eşgüdüm kendi kendini durağanlaştırma olarak beyin ve sinir ağları gibi karışık sistemlerde kendi kendini ayarlama için temiz bir genel model sağlar(Lewis, 2005a).  Sinirsel-eksenin seviyeleri cinsinden eşgüdüm kendi kendini ayarlama için güçlü bir araçtır. 

Eşgüdüm ve ayarlama kavramlarını senkronize etmek için son bir fikir, Walter FREEMAN tarafından tartışıldığı şekilde niyet ediş kavramıdır.

 Freeman (e.g., 1995, 1999, 2000  sinir-biliminin önde gelen tümsel(holistic) teorisyeni niyet ediş kavramını bütün beyin faaliyetinin üstdüzenleyici işlevi olarak açıklar.  Niyet ederek, veya  niyet edişi “ileri doğru uzatarak“,hayvanın hedefleri, birbirlerinden apayrı beyin kısımlarını, hippocampusta  kendi kendini düzenleyen bir bütünlüğe senkronize eder.

Freeman niyet ediş ifadesini dikkat ve umulan bir sonuç ya da hedefe yönlenmiş eylemi ifade etmek için kullanır.  Niyet ediş bir hedefe zaman ve uzay içinde ulaşılmasına yönelik itiştir.  Niyet ediş hayvanın yaptığı herşeyi –hem algılayış hem de davranış- ayarlar ve bütün vücut ve sinirsel süreçlerin ayarlandığı bir öngörülen sonuca paralel kılar.

Sunday, June 09, 2013

Bilincin hücresel zemini

An outline of:
The neuronal basis for consciousness
R. Llina's, U. Ribary, D. Contreras and C. Pedroarena
Department of Physiology and Neuroscience, NewYork University School of Medicine, 550 First Avenue, NewYork, NY 10016, USA

Genel işlevin merkezinde thalamocortical iç bağlantılılık, ve özellikle thalamocortical nöronal çevrim işlevinin karşılıklılığı yatar.
central to global function is the rich thalamocortical interconnectivity, and most particularly the reciprocal nature of the thalamocortical neuronal loop function.

Belirli ve belirsiz thalamic çevrimlerin arasındaki etkileşim thalamus’un, beyine açılan bir kapıdan çok cortex’in herhangi bir parçasının benzer herhangi başka bir yer ya da yerler ile iletişim kurabildiği, bir merkezi temsil ettiğini gösterir.
 the interaction between the specific and non-specificthalamic loops suggests that rather than a gate into the brain, the thalamus represents a hub from which any site in the cortex can communicate with any other such site or sites.

Büyük ölçekte, belirli belirsiz thalamic faaliyetin zamansal rastgelişi, insan muhakemesini temsil eden işlevsel durumları oluşturur.
large-scale, temporal coincidence of specific and non-specific thalamic activity generates the functional states that characterize human cognition.

1. GİRİŞ
Charles S. Sherrington (1906)   hayvan fizyolojik deneyleri zemininde omuriliğin bir dizi karışık refleks olarak çalıştığını ileri sürmüştür.
Charles S. Sherrington (1906)   proposed, on the basis of animal physiological experimentation, that the spinal cord operated, fundamentally, as a set of complex re£exes.

Gerçekten bu görüş James’in (1890) refleks tezini takip ediyordu.  Bu teze göre sinirsel sistem, harici dünya tarafından eylemleri tetiklenen karışık nöronal bağ patikaları kümesi şeklinde düzenlenmiştir.
Indeed, this view followed the Jamesian postulate of reflex (James 1890), in which the nervous system is organized as a set of complex neuronal connectivity pathways triggered into action by the outside world.

Bu görüşe göre davranış esasen, algısal girişlerin sonucudur.
 On this view, behaviour is fundamentally the resultant of sensory input.

Bu tez Graham Brown (1914, 1915) ve daha sonra Nicholas Bernstein (1967) tarafından benimsenen bakış açısı ile çatışır.  Bunlar omurilik işlevinin çoğunlukla içsel kaynaklı nöronal faaliyet olduğu bakış açısındaydılar.  Bu görüşte algısal girişler bu tür içsel faaliyetlerin (oluşturucusu değil) ayarlayıcısıdırlar.
This general postulate contrasted with the point of view espoused by Graham Brown (1914, 1915) and more recently by Nicholas Bernstein (1967), who viewed spinal cord function as mostly organized as intrinsically generated neuronal activity.  With this view sensory inputs are mostly modifiers of such intrinsic activity.

Benzer şekilde, muhakemesel fizyolojide bugün hakim olan görüş, bilincin çoğunlukla beyine farklı (işaret getirici) afferent sinirler ile getirilen algısal girişlerin sonucu olduğudur.  Algısal afferentlerin faaliyetleri muhakemenin işlevsel zeminini temsil eder.
Likewise, in cognitive physiology the prevailing view today is that consciousness is mostly the resultant of sensory input brought into the brain by the different sensory afferents, the activity of which represent the functional basis for cognition.

2. BEYNİN İÇ İŞLEVSEL DURUMU OLARAK MUHAKEME
COGNITION AS AN INTRINSIC FUNCTIONAL STATE OF THE BRAIN

Bilinç hareket gibi, algısal dürtü yerine içsel faaliyetlerle ilgilidir.
... consciousness, like locomotion, might be more a case of intrinsic activity than of sensory drive.  ...

Bilinç duyular tarafından oluşturulmaktan çok onlar tarafından değişime uğratılan düşsel-gibi bir iç işlev durumudur.
consciousness is an oneiric-like internal functional state modulated, rather than generated, by the senses ...

Beyin içindeki bağlantıların büyük bir yüzdesi geri dönen türdedir ve faaliyeti kendi iç bağlantıları ile ilgilidir.  Algısal girişlerin anlık etkisi ile ilgili değildir.
 a very large percentage of the connectivity in the brain is recurrent and that much of its activity is related to such intrinsic connectivity not necessarily related to the immediacy of sensory input.

Belki de beynin genel durumlarını ilgilendiren en çarpıcı fark uyanıklık ve rüyasız uyku arasındadır.
Perhaps the most spectacular difference concerning global brain states is that between wakefulness and dreamless sleep.

Hepimiz uyurken her iki durum arasındaki devasa farklılığı açıklayabilecek büyük bir morfolojik değişiklik olmadığının farkındayız.
We all recognize that no gross morphological changes occur in our brains during sleep, that could explain the enormous disparity between the two states.

Gerçekten fark işlevsel olmalıdır...  O durumda sorumuz: i) uyanık ve uykuda olmak arasındaki temel fark nedir?
Ve (ii) bu, beyin işlevi hakkında ne ifade eder?
  Indeed, the difference must be functional. ...The questions would then be: (i) what is the fundamental difference between being awake and being asleep?  and (ii) what does it tell us about brain function? ...

Bilinç (yani uyanık olmak, hissedebilmek, muhakeme edebilmek ve hatırlayabilmek) beynin yalnızca işlevlerinden biridir.
consciousness (i.e. being awake and able to feel, judge and remember) is but one functional state of our brain.

Uyku gibi, başka durumlar bilinci  ve hatta varlık benliğini(benlik duygusunu) desteklemez.
Other states, such as being asleep, do not support consciousness or even the feeling of self-existence. 

Cortical zararın tam yerine bağlı olarak farklı tiplerde olabilen görsel cortex hasarı körlük ile birlikte gelir. 
Visual cortex damage is accompanied by blindness that can be of different types depending on the precise location of the cortical insult.

Benzer bulgular cortical yapılarda da görülür.  Böylece ses, somato algısal, motor ve ön-motor cortice bölgelerinde olan hasarlar çok belirli durumlar ortaya çıkartır.
Similar findings are also encountered in other cortical structures. Thus, damage to the auditory, the somatosensory, the motor and pre-motor cortices are accompanied by well-defined conditions.  

3. THALAMOCORTICAL GAMMA-BAND RESONANS SÜTUNLARI
 
Bu tür faaliyet thalamic ve cortical yapılar arasında gamma bad frekanslarında (20 ve 50 Hz arasında, çoğunlukla 40Hz’e yakın merkezli) rezonans tarafından desteklenir.  Muhakemesel olaylar thalamocortic rezonans sütunlarını içeren faaliyetlere dayanır.
such activity is supported by resonance between thalamic and cortical structures at gamma-band frequencies, i.e. with frequencies between 20 and 50Hz, often centred close to 40Hz (Llina¨ s 1990; Llina¨ s & Pare¨ 1991). cognitive events depend on activity involving thalamocortical resonant columns.

4. THALAMIC HÜCRELERİN OSİLASYON ÖZELLİKLERİ

Canlı üzerinde thalamic nöronlar 745mV’tan öteye depolarize edildiğinde yüksek frekans eşik osilasyonlarını destekleyen , thalamic nöronların içsel özellikleri...
... in vitro, the intrinsic electrical properties of thalamic neurons that support high-frequency (20^50Hz) sub-
threshold oscillations when thalamic neurons are depolar ized beyond 745mV (Pedroarena & Llina¨ s 1997) (figure 1b).

Cortexten thalamic nöronlara geridönüş girişi thalamic nöronların dendritic kısımlarında sonlanır.
the return input from the cortex to thalamic neurons terminates in their distal dendritic segments (Wilson et al. 1984; Liu et al. 1995

Uyanma ve REM(hızlı göz hareketi) uyku durumları thalamic nöron depolarizasyon’la, yavaş-dalga uykusu ise thalamic hiperpolarizasyon ile ilişkilendirilir.
because waking and rapid-eye-movement (REM) sleep states are associated with thalamic neuron depolarization, whereas slow-wave sleep is associated with thalamic hyperpolarization

CorticoThalamic patika belirli işlevsel durumlarda birbirine bağlı ve seçilmiş cortical ve thalamic nöronlar arasındaki faaliyetin senkronluğunu ve bütünselliğini seçici olarak arttırabilir.
that the corticothalamic pathway can selectively enhance coherence and synchron icity of activity between selected groups of interconnected cortical and thalamic neurons during particular functional states...

Bu sonuçlar cortical nöronların, genel beyin-durumundaki değişikliklerle ilgili,  yanıt verebilirliğindeki farkların cortical girişlerin etkinliğini değiştirdiğini gösterir.
These results indicate that differences in responsiveness of thalamic neurons, associated with changes in the global brain-state, modify the effectiveness of cortical inputs.

Thalamic nöronların yanıt verebilirlik durumu zar potansiyelindeki değişiklikler tarafından ayarlanabilir.  Bunlar beyin sapı veya ön-beyinden ama  aynı zamanda diğer merkezi yada çevresel synapsis girişlerden kaynaklanan sinirsel-ayarlayıcı girişlerce harekete geçirilir.
 The state of responsiveness of thalamic neurons can be modulated by changes in the membrane potential induced by neuromodulatory inputs originating from the brainstem or the forebrain, but also by other central or peripheral synaptic inputs.

5. ZAMANSAL BAĞLAMA VE THALAMOCORTICAL RESONANS SÜTUNLARI

Bu sonuçlar uyku iğleri veya yavaş osilasyonlar gibi yavaş dalgaya özgü yavaş frekans ritmlerinin beyinde bazan bütün neocortex’i kapsayan,  uzun menzilli cortical uyum gösterdiği ile ilgili verilere uygundur.
These results are in accordance with data showing that slow frequency rhythms (less than 15Hz) in the brain,
characteristic of slow-wave sleep such as sleep spindles or the slow oscillations, show long-range cortical coherence (Andersen & Anderssen 1968; Steriade et al. 1993b; Contreras & Steriade 1997a), sometimes spanning the entire neocortex.

Buna karşın, uyanık ya da REM uyku gibi aktif durumlar sırasında yüksek frekanslı osilasyonlar(20-50Hz) ya hemen yakını ile uyumlu desen gösterir ya da uzak ve ayrık alanlar arasında gerçekleşir.
In contrast, during activated states, such as waking or REM sleep, high-frequency oscillations (20^50Hz) show a pattern of coherence that is either restricted to its immediate vicinity (Steriade et al. 1996a) or occurs between distant discrete areas (Ribary et al. 1991).

Cortical yasaklayıcı nöronlar yüksek frekans osilasyonu yapabilir.  Bu tür nöronların synaptic olarak bağlı olduğu ve senkron ateşlenebileceği dikkate alınırsa cortic gamma-band faaliyet oluşturmağa katkıda bulunabilir.
 cortical inhibitory neurons are capable of high-frequency oscilla tion (Llina¨ s et al. 1991) and with the view that, if such neurons are synaptically coupled and fire in synchrony, they might be formative in generating cortical gamma-band activity.  
 
Bu bakış açısından, thalamocortic rezonans yapabilen sütun, bilinci oluşturan faal durumun işlevsel yapısıdır.
From this point of view, the thalamocortical resonant column is the functional architecture of the active state
that generates consciousness.

Gerçekten, thalamocortical bağlaşıklık frekansa bağlı konumsal filtre özellikleri gösteren bir izin verici ağ olarak görülebilir.
Indeed, the thalamocortical connectivity can be viewed as a permissive network that displays spatial filter properties that are frequency dependent.

Bu görüşte frekans, faaliyeti iyi belirlenmiş cortical aktivasyon geometrisine çevirir.  Bunu, faaliyet alanları yoğunlaşıp odaklandıkça encoding kontrastını arttırarak yapar.
Frequency in this view forges activity into a well-specified cortical activation geometry by increasing the encoding contrast, as the activity areas are both intensified and focused.

6. BİLİNCİN BİR ALT TABAKASI OLARAK THALAMOCORTICAL RESONANS

Bilincin sistem içinde senkron faaliyet tarafından belirlenen süreksiz bir olay olduğu sonucuna vardık.
we concluded that consciousness is a non-continuous event determined by synchronous activity in the thalamocortical system (Joliot et al. 1994).

Thalamocortical rezonansın beyinsapı tarafından module edildiğini ve uyanık durumda algısal giriş tarafından ve rüya sırasında  içsel faaliyet tarafından içeriğinin sağlanacağını ileri sürdük.
we postulated that the thalamocorticothalamic resonance is modulated by the brainstem and would be given content by sensory input in the awake state and by intrinsic activity during dreaming. ..

Merkezi bir fark kalır: algısal girişin REM uykusu sırasında 40Hz faaliyetinin yeniden başlatılması.  Buna karşın, yavaş dalga uykusu sırasında bu osilatörlerin genliklerini uyanıklık ve REM uykusundan farklıdır, fakat REM uykusunda olduğu gibi 40Hz algısal yanıt yoktur.
a central difference remains: that of the inability of sensory input to reset the 40Hz activity during REM sleep. In contrast, during slow-wave sleep the amplitude of these oscillators differs from that of wakefulness and REM sleep but, as in REM sleep, there is no 40Hz sensory response.

Bir başka önemli buluş, açık uyarılmış-potansiyel yanıtlarının thalamo-cortical sistemin algısal girişçe erişilebilir olduğunu gösterdiği halde, Gamma osilasyonlarının REM uykusu sırasında algısal giriş tarafından tekrar başlatılamadığı(reset)dır.
 Another  significant finding is that gamma oscillations are not reset by sensory input during REM sleep, although clear evoked-potential responses indicate that the thalamo- neocortical system is accessible to sensory input.  We consider this to be the central difference between dreaming and wakefulness.

Bu sonuçlara göre:  REM uykusu sırasında harici dünyayı algılamamamızın nedeni, algısal girişlerin  sinir sisteminin içsel faaliyeti tarafından, beyinin oluşturduğu işlevsel durum bağlamı içine yerleştirilmemesidir.
 These results suggest that we do not perceive the external world during REM sleep because the intrinsic activity of the nervous system does not place sensory input in the context of the functional state being generated by the brain (Llina¨ s & Pare¨ 1991).

Yani, rüya algısal girişlerin bilinç tecrübesini oluşturan mekanizmaya erişemediği, bir içsel faaliyete yüksek yoğunlaşma durumudur.
 That is, the dreaming condition is a state of hyper-attentiveness to intrinsic activity in which sensory input cannot access the machinery that generates conscious experience. 

Morfolojik alt-tabakayı  ele alırken cazip bir olasılık, belirsiz thalamic sistem, özellikle intralaminar complex’in, böyle bir raslantı oluşumunda  önemli bir role sahip olduğudur.
An attractive possibility in considering the morpho- physiological substrate is that the `non-specific' thalamic system, particularly the intralaminar complex, has an important role in such coincidence generation.

Gerçekten, bu karışık proje içindeki nöronlar cortical alanların hepsine ait suni katmanların çoğuna boylamsal ve sürekli olarak bağlanır.
 Indeed, neurons in this complex project in a spatially continuous manner to the most superficial layers of all cortical areas, including the primary sensory cortices.

Bu olasılık özellikle çekicidir çünkü: (i) tek tek nöronlar özellikle REM uykusu sırasında 30-40Hz’te sürekli işaret yollar (ii) intralaminar sistemin zarara uğraması lethargy ya da koma ile sonuçlanır.
This possibility is particularly attractive given that (i) single neurons burst at 30^40Hz (Steriade et al. 1993a), especially during REM sleep, a finding that is consistent with the macroscopic magnetic recordings observed in this study; and (ii) damage of the intralaminar system results in lethargy or coma (Fac°on et al. 1958; Castaigne et al. 1962).

...

Sonuç olarak, sistem zamansal uyum zemininde işler.
In conclusion, the system would function on the basis of temporal coherence.

Böylesine bir uyum  nöronların apical dendritic core iletkenler boyunca,  pasif ve aktif dendritic iletkenlik temelinde, eş zamanlı ateş etmesince gerçekleştirilebilirdi.
 Such coherence would be embodied by the simultaneity of neuronal firing based on passive and active dendritic conduction along the apical dendritic core conductors.

Bu yaklaşımla, belirli dendritik unsurlarda distal(uzak) ve proximal(yakın) faaliyetleri toplayarak, belirli ve belirsiz osilatör girişlerinin zaman içinde çakışan faaliyetleri, 40Hz defacto cortical uyumu multimodal karakteri ile arttırır ve bu yoldan genel ilişkilendirme(bağlama) ile ilgili bir mekanizma sunar.
In this fashion the time-coherent activity of the specific and non-specific oscillatory inputs, by summing distal and proximal activity in given dendritic elements, would enhance de facto 40Hz cortical coherence by their multimodal character and in this way would provide one mechanism for global binding.

‘Belirli’ sistem böylece dış dünya ile ilgili içeriği sağlar,  ve belirsiz sistem zamansal  çakışmaya, veya  bağlama yol açar, bunlar hep birlikte tek bir muhakemesel tecrübe oluşturur.
The `specific' system would thus provide the content that relates to the external world, and the non-specific system would give rise to the temporal conjunction, or the context (on the basis of a more interoceptive context concerned with alertness), that would together generate a single cognitive experience.