Ünite 3: Beyin ve Davranış

Sinir Sisteminin Ana Bölümleri

Sinir sistemi, merkezî sinir sistemi ve çevresel (periferik) sinir sistemi olmak üzere iki ana bölüme ayrılır. Merkezî sinir sistemini beyin ve omurilik oluştururken, beyin ve omurilik dışında kalan bölümler çevresel sinir sitemini oluşturur (Ayrıntılı bilgi için S:57 Şekil 3.1’i inceleyiniz).

Fiziksel ve kimyasal olarak koruma altında olan merkezî sinir sistemi (1) omurilik, (2) beyin sapı (3)ön-beyin olmak üzere üç ana bölüme ayrılabilir. Omurilik ve beyin sapı; çevresel sinirlerin merkezî sinir sistemine giriş veya çıkış yaptığı ve refleks yanıtların oluşması için duysal ve motor sinyaller arasında bağlantıların kurulduğu bölgelerdir. Hipotalamus, talamus, bazal gangliyonlar, amigdala, hipokampus ve beyin kabuğu (korteks) ise ön beyin bölgeleri içinde yer alan beyin yapılarıdır (Ayrıntılı bilgi için S:58 Şekil 3.2’yi inceleyiniz).

Çevresel sinir sisteminin birincil görevi, merkezî sinir sistemi ile vücudun diğer bölümleri (deri, iskelet kasları, iç organlar) arasında iki yönlü bağlantıyı sağlamaktır. Merkezî sinir sistemine duysal bilgiyi taşıyan sinirlere duysal sinirler, merkezî sinir sisteminden çevresel yapılara iletiyi sağlayan sinirlere ise motor sinirler denir.

Sinir Sisteminin Hücresel Özellikleri

Sinir sisteminde haberleşmeyi sağlayan temel hücresel bileşen olan sinir hücrelerini diğer hücrelerden ayıran en önemli özellik elektrokimyasal sinyal iletimini gerçekleştirebilmesidir. Sinir hücreleri diğer hücrelerden farklı olarak, dendrit ve akson olarak adlandırılan iki farklı uzantı tipine sahiptir. Dendritler, diğer sinir hücrelerinden sinyalleri alırken, aksonlar oluşan sinyallerin diğer hücrelere aktarımını sağlar. Dendritler genellikle ağaç dallarını andıran şekilde çok sayıda dallanmalara sahipken, sinir hücresi gövdesinden sadece bir akson ayrılır, sonra dallanır (Ayrıntılı bilgi için S:60 Şekil 3.3’ü inceleyiniz). Bazı aksonlar miyelin adı verilen yağ içeriği yüksek bir kılıfla sarılmıştır. Bu tip aksonlara miyelinli lifler denir. Miyelin kılıf sinir sisteminin destek hücreleri tarafından oluşturulur.

Sinir sisteminde farklı tipte sinir hücreleri bulunmaktadır. Yapısal açıdan unipolar (tek kutuplu), bipolar (iki kutuplu), sahte unipolar ve multipolar (çok kutuplu) ve aksonsuz nöronlar şeklinde sınıflandırılırlar (Ayrıntılı bilgi için S:61 Şekil 3.4’ü inceleyiniz).

Merkezî sinir siteminde nöronlar dışında tümüne birden nöroglia adı verilen hücreler de bulunur. Bu hücrelerden bazıları merkezî sinir sistemindeki aksonların miyelin kılıfını oluşturarak sinirsel iletinin kalitesini ve hızını arttırırken (oligodendroglialar), diğerleri merkezî sinir sisteminde bağışıklık yanıtlarına aracılık ederler (mikroglialar) (Ayrıntılı bilgi için S:62 Şekil 3.5’i inceleyiniz).

Sinir hücreleri uyarılabilen ve uyarıyı iletebilen hücrelerdir. Nöronlar dinlenme döneminde iken hücrenin içi ile dışı arasında bulunan potansiyel farkına zar dinlenim potansiyeli denir. Nöronlar uyarıldıklarında zar potansiyeli daha pozitif bir değer alır (depolarizasyon), uyarı kesildiğinde dinlenim potansiyeli değerine geri döner (repolarizasyon). Zar potansiyelinin dinlenim durumundan daha negatif bir değere ulaşmasına hiperpolarizasyon denir. Aksiyon potansiyeli kısa bir süreliğine hücre içinin 0’ dan büyük bir değere ulaştığı özel bir depolarizasyon şeklidir. Bir kez oluştuğunda akson boyunca eksilmeden akson ucuna kadar ulaşır (Ayrıntılı bilgi için S:62 Şekil 3.6’yı inceleyiniz).

Sinir hücresinde oluşan aksiyon potansiyeli akson ucuna kadar ulaştığında kalsiyum kanalları açılır ve aksonun ucundan hücre içine kalsiyum girişi olur. Bununla birlikte kimyasal haberci molekülleri dışarı salınmış olur. Böylece, sinir aksonu boyunca aksiyon potansiyeli şeklinde elektriksel olarak iletilen sinyal, diğer hücreye kimyasal olarak aktarılmış olur (Ayrıntılı bilgi için S:63 Şekil 3.7’yi inceleyiniz).

Sinir hücreleri arasındaki kimyasal haberleşme sinaps denilen özelleşmiş bağlantı bölgelerinde gerçekleşir. Kimyasal haberleşme; sinaptik aralık, sinaptik aralıktan önceki sinaps öncesi zar olarak adlandırılan hücre zarı bölümü ve sinaptik aralıktan sonraki alıcı nörona ait hücre zarı bölümü olan sinaps sonrası zar arasında meydana gelmektedir. Nörotransmiter ile etkileşime giren moleküller (reseptörler) genellikle sinaps sonrası zarda bulunur (Ayrıntılı bilgi için S:65 Şekil 3.8’i inceleyiniz).

Bir sinir hücresinde uyarının oluşması, iletimi ve diğer hücreye aktarımı süreci iki sinir hücresi düşünüldüğünde sırasıyla şöyle gerçekleşmektedir:

• Birinci sinir hücresine farklı kaynaklardan gelen uyarıların toplamı eşik seviyenin üzerinde bir depolarizasyon oluşturur ve hücrede aksiyon potansiyeli gelişir.
• Aksiyon potansiyeli akson boyunca ilerler ve akson ucuna ulaşır.
• Kalsiyum kanalları açılır ve kalsiyum hücre içine girer.
• Nörotransmiter sinaptik aralığa salınır.
• Nörotransmiter, ikinci hücredeki reseptörüne (sinaps sonrası zar bölgesinde bulunur) bağlanır.
• İkinci hücrede reseptörün bağlantılı olduğu hücresel yanıtlar oluşur.

Sinir Sisteminin Kimyasal Özellikleri

Akson uçlarından salınan kimyasal haberci moleküllere nörotransmiter adı verilir. Nörotransmiterler, sinaps öncesi zardan sinaptik aralığa salınır ve reseptör adını verdiğimiz nörotransmitere özgü alıcı moleküller ile etkileşime girer. Bu durum, reseptörün bağlantılı olduğu hücre içi mekanizmaları başlatarak hedef hücrenin işleyişini etkiler.

Nörotransmiterler kimyasal yapılarına göre sınıflandırılır. Glutamat merkezî sinir sisteminin temel uyarıcı nörotransmiteri; GABA ise temel baskılayıcı nörotransmiteridir. Asetilkolin merkezî ve çevresel sinir sisteminde yaygın bulunur. Amin yapısındaki nörotransmiterler (dopamin, serotonin, adrenalin, noradrenalin) uyku-uyanıklık, dikkat, motivasyon ve duygu-durumun düzenlenmesi gibi yaygın etkilere sahiptir (Ayrıntılı bilgi için S:69 Tablo 3.1’i inceleyiniz).

Sinir Sisteminin Yapısal ve İşlevsel Özellikleri

Çevresel sistemle ön beyin arasında geçişlerin sağlandığı ve refleks merkezlerinin bulunduğu temel yapılar omurilik ve beyin sapıdır (Ayrıntılı bilgi için S:69 Şekil 3.9’u inceleyiniz). Omurilik gri cevher ve beyaz cevher adı verilen alanlardan oluşmaktadır. Gri cevherde nöron gövdeleri ve sinir bağlantıları bulunurken beyaz cevherde ise duysal ve motor yollar oluşturur. Duysal ve motor sinyalleri ileten sinirler için geçiş yolu oluşturması omuriliğin en önemli işlevlerinden biridir. Omurilik refleksleri, merkezî sinir sisteminin bütünleştirici rolünün en alt basamaktaki örneklerini oluşturmaktadır. Refleksler istemsiz motor yanıtlardır; bu yönüyle bilinçli gerçekleştirdiğimiz hareketlerden ayrılırlar. Diğer taraftan, istemli hareketlerimizin refleks bileşenleri vardır ya da tersinden istemsiz gerçekleşen refleks yanıtlar istemli şekilde baskılanabilir (Ayrıntılı bilgi için S:71 Şekil 3.10’u inceleyiniz).

Beyin sapı; omurilik, serebellum ve ön beyin bölgeleri arasında geçişlerin ve kritik bağlantıların oluştuğu beyin bölgesidir ve ön ve orta beyinden oluşur. Omuriliğin devamı gibi olan beyin sapı birbiriyle bağlantılı gri madde kümelerinden oluşmuştur. Bu bölgeden kaynaklanan lifler yukarı ve aşağı yönelim göstererek omurilik ve ön beyin bölgelerinin işlevlerini etkiler. Beyin sapının temel işlevleri şöyle sıralanabilir:

• Solunum ve dolaşım fonksiyonlarının kontrolü
• Göz hareketlerinin kontrolü
• Görsel ya da işitsel reflekslerin bütünleştirilmesi
• Yutma, öksürme, çiğneme, esneme, hapşırma, kusma, göz kırpma gibi- istemli ya da refleks hareketlerin- koordinasyonu
• Uyku-uyanıklık ve dikkatin kontrolü
• Ağrı kontrolü
• Diğer merkezî sinir sistemi bölgeleriyle (korteks, serebellum, bazal gangliyonlar) olan bağlantıları sayesinde kasların gerginliği, vücut pozisyonu, denge ve hareketlerin kontrolü (Ayrıntılı bilgi için S:73 Şekil 3.11’i inceleyiniz).

Hipotalamus, talamus, amigdala, hipokampus ve bazal gangliyonlar beyin kabuğunun altında yer alan ön beyin bölgeleridir. Hipotalamus vücut dengesinin korunmasında çevresel sistemlerle etkileşen merkezî ön beyin bölgesidir. Hipotalamus beyin ile çevresel sistemler arasındaki bağlantıları kuran ve vücudun iç dengesinin korunmasına katkı sağlayan merkezî bir beyin bölgesidir. Otonom sinir sisteminin, hormon sisteminin, vücut ısısının, vücut sıvı dengesinin ve biyolojik (sirkadyen) saatin kontrolü gibi işlevleri olan hipotalamusun yeme, içme, cinsel davranışlar, korku ve öfke tepkileri gibi davranışların ifadesinde hipotalamus etkin bir role sahiptir (Ayrıntılı bilgi için S:74 Şekil 3.12’yi inceleyiniz).

Hipofiz sistemi ve otonom sistemi hipotalamus ile ilişkili çevresel sistemlerdir. Hipofiz bezi ön ve arka olmak üzere iki lobdan oluşmuş hormon salgılayan bir bezdir (Ayrıntılı bilgi için S:75 Şekil 3.13’ü inceleyiniz). Otonom sinir sistemi ise kalp kası, damar çeperinde bulunan düz kaslar, organlara ait düz kaslar ve salgı bezleri, kısaca organları kontrol eden bölümdür. Otonom sinir sistemi kendi içinde sempatik ve parasempatik sistem olarak iki ana kola ayrılır. Genel kural olarak her bir hedef organ, işleyişleri açısından birbirine zıt etki gösteren hem sempatik hem de parasempatik sinirler tarafından uyarılır (Ayrıntılı bilgi için S:76 Şekil 3.14’ü inceleyiniz).

Talamus, kendisine ulaşan sinyalleri işleyerek beyin kabuğuna aktaran yapıdır. Talamusun çekirdekleri duysal, motor, duygusal ve bilişsel işlevlerle ilgili beyin bölgelerinden gelen bilgiyi (1) işler, (2) bütünleştirir ve (3) beyin kabuğuna aktarırlar. Aynı zamanda talamus ve beyin kabuğu karşılıklı haberleşir.

Beyin kabuğu, hipokampus, amigdala, hipotalamus ve bağlantılarından oluşan anatomik bir devre olan limbik sistem duyguların oluşumu, motor ya da otonom sistem aracılığıyla dışa vurumu, ilişkili hafızaların biçimlenişi, güdülenme gibi beyin işlevlerinden sorumludur (Ayrıntılı bilgi için S:78 Şekil 3.15’i inceleyiniz). Limbik ilişkilendirme korteksi ile birlikte duygu ve bellek işlevlerinde özelleşen limbik sistemin iki temel yapısı hipkampus ve amigdaladır. Hipokampusun en önemli işlevi belleğin pekiştirilmesi ya da kısa süreli belleğin uzun süreli belleğe dönüşümünün sağlanmasıyken, amigdala ise koku, işitme ve görme duyuları belirgin olmak üzere, tüm duysal sistemden direkt ve dolaylı girdiler almakla görevlidir. Amigdala özellikle korku ile ilgili algısal, öğrenme ve motor yansıtma süreçlerinde etkindir. Hipokampus ise bildirimsel (dekleratif) belleğin oluşumuna katlır. Her iki yapıda limbik sistemin önemli yapılarıdır.

Serebellum (beyincik) ve bazal gangliyonlar hareketlerin düzenlenişine katılan beyin kabuğu dışındaki yapılardır (Ayrıntılı bilgi için S:80 Şekil 3.16’yı inceleyiniz). Bazal gangliyonlar ve beyincik, hareketin planlanma, başlatılma, takip ve düzeltilme aşamalarında, motor, ön-motor ve duysal korteks alanları ile birlikte çalışır. Dengenin sağlanması ve göz hareketlerinin kontrolünde önemli bir rolü olan beyincik, beyin kabuğu tarafından yapılması planlanan hareketle gerçekleştirilen hareket arasındaki hataları saptayıp hareketin hız, sınır ve kuvvet yönünden kontrolünü sağlar (Ayrıntılı bilgi için S:81 Şekil 3.17’yi inceleyiniz). Bazal gangliyonlar hareketin planlanması ve programlanmasında beyin kabuğu faaliyetlerine yardımcı ve hareketin zamansal, boyutsal ve motivasyonla ilişkili öğelerinin bütünleştirilmesinde etkin bir sistemdir.

İnsanda en gelişmiş beyin bölgesi olan beyin kabuğu derin sulkuslarla frontal, pariyetal, oksipital ve temporal olmak üzere 4 ana loba ayrılmıştır (Ayrıntılı bilgi için S:83 Şekil 3.19’u inceleyiniz). Bu loblarda, (1) duysal sinyallerin ulaştığı duysal alanlar, (2) istemli hareket sinyallerinin başlatıldığı motor alanlar, (3) motor, duysal ve limbik sinyalleri alarak işleyen asosiasyon (ilişkilendirme) alanları bulunur (Ayrıntılı bilgi için S:83 Şekil 3.20’yi inceleyiniz). Frontal lobda motor, ön motor ve ön ilişkilendirme korteksi bulunur. Frontal lobun en arka girusu birincil motor kortekstir (Ayrıntılı bilgi için S:84 Şekil 3.21’i inceleyiniz). Birincil motor alanlar, kaslara giden komutların çıkış bölgesidir. Motor kortekste belirli bir nokta, elektrot yardımıyla uyarılırsa sanki istemli bir komut verilmiş gibi vücudun çaprazında o bölgeye denk gelen kas ya da kas grubunda kasılma yanıtı oluşur. Hareketin gerçekleştirilmesinde motor korteksin hemen önünde yer alan ön-motor alanlar, hareketin planlanması aşamasında aktif olan, istemli hareket kalıplarının oluşturulduğu korteks bölgeleri de yer alır. Frontal lobun en ön kısmında motor ve ön motor korteksin önünde yerleşmiş olan ön ilişkilendirme alanı; yargılama, uygun davranışsal yanıtların seçimi, geleceğe yönelik planlanma ve işleyen bellek gibi işlevlerde özelleşmiştir. Pariyetal, oksipital ve temporal loblarda ise duysal ve ilişkilendirme alanları bulunur. Duysal alanlar içinde, görme korteksi oksipital lobda, işitme korteksi temporal lobda, somatik ve tat ile ilgili somatik-duysal korteks ise pariyetal lobda yer alır (Ayrıntılı bilgi için S:83 Şekil 3.20’yi inceleyiniz). Oksipital, temporal ve pariyetal lobların birleşim bölgesinde, duysal ve tek duyu ile ilişkili ilişkilendirme alanları dışında kalan çoklu-duysal ilişkilendirme alanı bulunur (arka ilişkilendirme alanı) (Ayrıntılı bilgi için S:85 Şekil 3.22’yi inceleyiniz)

Beyin kabuğunun sağ ve sol iki tarafı farklı fonksiyonlarda uzmanlaşmıştır. Birçok duysal ve motor yolak beynimize girdiğinde veya beynimizden çıktığında geldiği tarafın tersine geçer. Buna bağlı olarak vücudumuzun sol tarafından kaynaklanan duysal veriler beynimizin sağ tarafına, sağ tarafından kaynaklanan duysal veriler ise beynimizin sol tarafına iletilir. Beynimizin iki tarafının korpus kallosum diye adlandırılan yüz milyonlarca sinir lifleri yolu ile sürekli iletişim içinde olması bu çapraz ilişkinin olumsuz etkilerini yok etmektedir. Beynimizin bir tarafına ulaşan veriler korpus kallosum yoluyla diğer tarafa iletilir, yani beynimizin her iki tarafı sürekli iletişim hâlindedir (Ayrıntılı bilgi için Şekil 3.23, Şekil 24 ve Şekil 25’i inceleyiniz).