İşlevsel Anatomi-I Prof Dr Süheyla Ünal

Sinir sisteminin işlevi İnsanoğlu yaşamını sürdürebilmek için dış dünyada olup bitenlere ve iç dünyasındaki durumlara uyum sağlamak durumundadır Bunu bir taraftan beyin yapıları ve diğer beden sistemleri arasındaki koordinasyonla, diğer taraftan sosyal ilişkilerini düzenleyerek sağlar Girdi Karar verme Çıktı Geribildirim 2 2

Bilgi Beyin kaostan hoşlanmaz Belirsizliği belirliliğe dönüştürmek ister Bilgi belirsizliği azaltır Kaba duyusal veri algı aşamasından geçerek yorumlanmalıdır Anlam bilginin insan zihnindeki öznel karşılığıdır

Bilgi işleme süreci 4 4

Beynin işlevleri Dış dünyayı algılamak Nesneleri tanımak Bazı uyaranlara dikkati yöneltmek Bilgiyi kaydetmek ve depolamak Kavramlar ve bilgi oluşturmak Dil aracılığı ile iletişim kurmak Karar vermek Yaratıcı davranış sergilemek

NEURAL INTEGRATION Higher-Order Functions Conscious and subconscious motor centers in brain Motor pathways Memory, learning, and intelligence may influence interpretation of sensory information and nature of motor activities Autonomic Nervous System (ANS) Visceral effectors (examples: smooth muscle, glands, cardiac muscle, adipocytes) Sensory processing centers in brain Sensory pathways General sensory receptors Somatic Nervous System (SNS) Skeletal muscles NEURAL INTEGRATION

Duyum Duyu organları aracılığı ile çevredeki değişikliklerin beyne aktarılmasına duyum denir Beyin sürekli değişen, esnek bir şekilde duyusal uyaranları seçmeli, arttırmalı ya da baskılamalı, karşılaştırmalı, bağlantılandırmalıdır 7

Duyu yolakları . Nöronlar kendilerine aktarılan uyarıyı aksiyon potansiyeline dönüştürerek, paralel yollar aracılığı ile daha üst sistemlere taşır . Her duyusal modalite farklı bir nöral sistem aracılığı ile sırasıyla spinal kord, beyin sapı, talamus ve serebral kortekse ulaştırılır

Duyu işleme Duyu reseptörlerinden gelen bilginin üst merkezlere iletilmesi Duyuların bir kısmı medulla spinaliste işlemlenerek refleks tepkiler oluşturulur Bir kısmı beyin sapında işlem görerek göz hareketleri, baş ve gövdede pozisyonel değişiklikler gibi kompleks motor aktiviteler oluşturulur 9

Duyu işlemenin 4 A’sı (WILLAMSON & ANZALONE, 2001) Action Duyusal bütünleştirme ve uyarlama Affect Attention Arousal Duyusal girdilerin düzeyinin ve yoğunluğunun uygun bir şekilde organize edilmesi ve düzenlenmesi uyarılma, dikkat, duygulanım ve aktivite düzeyi ile yakından ilişkilidir 10

Arousal-Uyanıklılık Beyin sapı bilinçliliği ve uyanıklığı düzenler Beyin sapı duyuların filtrelenerek daha üst beyin yapılarına aktarılmasını sağlar 11 11 11

Filtreleme Alışma Duyu reseptörlerinden başlayan bir süreçle tekrarlanan, sonucu olmayan, ilgisiz uyaranlara alışma ve işlem dışı bırakma gerçekleşir %99’u beyin sapı ve talamusta önemliliğine, yeniliğine göre filtrelenir, %1’i serebral kortekse ulaşır 12

Dikkat öncesi süreç Bottom-up processing Nesnenin şekli, yönelimi, boyutu ve hareketinin yönünü, şekil-zemin arasındaki farklılığı hızla ve kabaca tarar. Aşağıdan yukarıya doğru gerçekleşir. Şekil-zemin arasındaki farklılıkları belirlemek için görsel algının parçalarını gruplandırmaya çalışır.

Attention-Dikkat Top-down processing Parçaların gruplanmasını takiben dikkat süreci devreye girer ve nesnenin farklı özelliklerini saptamaya yönlenir. Dikkat sistemi yukarıdan aşağıya işler. Dikkat öncesi süreçler paralel, dikkat süreçleri seri süreçlerdir. Dikkat, görme sistemindeki tüm basamaklarda sınırlı kapasite nedeniyle bir yarışmanın sonucudur.

Retiküler formasyon Uyanıklık Uyarılma Ağrı işlemlenmesi Düzenleme Kusma Öksürme Kardiyovasküler işlevler Solunum Konuşma ile ilgili düzenlemeler Talamus Duyusal girdi Uyarılma 17

Retiküler formasyon Reticular Formation Cortex Thalamus Corpus Striatum Cerebellum SC Sensory Pathways (Touch, pain, temperature, kinesthestic sensation) Optic, auditory olfactory and taste pathways Reticular Formation Cerebellum Red Nucleus Thalamus, Hypothalamus SC Cortex Substancia Nigra Tectum İNEN RAS Denge, postür OSS aktivitesi Duyusal ve motor modülasyon Ağrı düzenlemesi ÇIKAN RAS Uyku-uyanıklık Duyu uyaranı gönderme 18

Çıkan retiküler aktivatör sistem (A)RAS Spinal yollardan gelen duyu yollarının devamı olan bazı retiküler nöronlar kortekse sürekli uyaran göndererek uyanıklığı ve bilinci sağlar Duygusal tepkilerin öğrenilmesinde rol oynar 19

İnen retiküler aktivatör sistem BASKILAYICI İstemli hareketlerin uygunluğu ve yumuşaklığı Refleks hareketler Kas tonusu ayarı Postürün sağlanması Vejetatif işlevlerin kontrolü KOLAYLAŞTIRICI Kas tonüsünü sürdürmek Otonomik işlevleri kolaylaştırmak ARAS’ı etkinleştirmek 20

Uyanıklık Bilinç düzeyi-uyanıklık, farkındalık düzeyi İç ve dış ortamlardan kaynaklanan uyarıların algılanıp yorumlanabilmesi ve uygun tepkilerin gerçekleştirilebilmesi 21

Uyarılmışlık düzeyleri RAS etkinliği arttığında korteks ve diğer sistemlerin de etkinliği artıyor Davranışsal sonuçlar: aşırı irkilme tepkisi, aşırı uyarılmışlık, herşeye dokunma isteği, çok konuşma, huzursuzluk, aşırı aktivite, aşırı eksite ve savunmacı Strese tepki: donma, savaşma, kaçma, korkma, uyarılma, disosiasyon, kaçınma Nasıl sakinleşebilir? Örn: Başını vurma, derin baskı uygulama vs Uyaranları almayıncaya kadar başka uyaran uygulamak Sakin, uyanık ve dikkatli Az uyarılma: Düşük tepkili veya yüksek eşikli Kendisini uyarma: Risk ve yenilik arama, sterotipik hareketler 22

Uyum özellikleri Eysenck (1987) bireyin uyarılma düzeylerinin kişilik özelliklerini etkilediğini vurgular Yüksek düzey ARAS etkinliği korteksin aşırı uyarılması ile sonuçlanır Düşük düzey ARAS etkinliği korteksin düşük düzeyde uyarılması ile sonuçlanır

Eysenck Modeli İçe dönükler Dışa dönükler ARAS etkinlikleri yüksek, kortikal uyarılmaları yüksek Daha fazla uyarılmadan kaçınmak için içe kapanırlar, daha düşük uyarılma ortamları ararlar, sosyal etkileşimlerden kaçınırlar Uyarılma düzeylerini azaltıcı etkinliklere yönelirler Sedasyon eşikleri daha yüksektir ARAS etkinlikleri ve kortikal uyarılmaları düşüktür Uyaranların kaydedilmesi için ek uyarana ihtiyaç duyarlar Uyarılmak için yüksek uyarılı yaşantılara, ortamlara ve ilişkilere yönelirler Uyarılma düzeylerini arttırıcı etkinliklere yönelirler Sedasyon eşikleri düşüktür

Duyusal bilgi işleme sorunları Beyin sapının filtreleme sorunları nedeniyle uyumsuz ya da gereksiz duyusal mesajlar beyne gönderilir. Üst merkezler bu bilgiyi nasıl kullanacağını, nasıl düzenleyeceğini kestiremez, önem sırasına koyamaz, bu nedenle uygun tepki oluşturamaz Duyusal mesajlar uygun alınır, ancak diğer duyularla uygun bir şekilde birleştirilemez. Sınırlı uyaranla yeterli “anlam” oluşturulamadığı için yararlı, amaca uygun davranışsal tepki oluşturulamaz

Diensefalon Orta beyin merkezleri organizmanın dış ortama uyumlu çalışmasını sağlayan dengeleşim (homeostazis) sistemlerini kapsar Hipotalamus Talamus

Talamus Tüm duyulardan gelen uyaranlar talamusta bir araya gelirler Talamusta bir araya gelen uyaranlar arasından benzer işleve sahip olanlar seçilir, düzenlenir, bir grup haline getirilir Duyum, motor aktivite, kortikal uyarılma öğrenme ve bellek bu süreçte ana rol oynar

Talamik filtreleme Yeni ve farklı uyaranlar değerlendirilmek üzere daha üst merkezlere gönderilir

Talamus Koku dışında duyu organlarından gelen tüm uyaranlar talamusta bir araya gelirler, sinaps oluştururlar Aynı işleve sahip benzeri uyaranlar seçilerek, bir araya getirilir ve bir grup olarak gideceği yere gönderilir Duyum, motor etkinlikler, kortikal uyarılma ve bellekte anahtar role sahiptir

Hipotalamus Beden ısısı Duygular (OSS kontrolü ile) Açlık Susuzluk Sirkadiyen ritm Hormonal süreçler Cinsel olgunlaşma 30

Hipotalamus Endokrin sistemle bağlantıları aracılığı ile hormon metabolizmasının düzenli işlemesini Bağışıklık sistemi bağlantısı ile organizmanın savunma sistemlerini Otonom sinir sistemi bağlantıları ile iç organların düşünmeye gerek kalmaksızın otomatik olarak çalışmasını sağlar 31

Affect-Limbik sistem Hipokampus,amigdala, mamiller cisimcik, singulat girus Yeni uyaranı duygusal açıdan değerlendirmek Şimdiki algıları geçmiş olaylarla bağlantılandırmak Yaşantılardan öğrenmek Güdülenmeyi sağlamak Amigdala – duygular ve klasik koşullanma Hipokampus- yaşantısal, öğrenilmiş bilgilerin kaydı 32

Limbik sistemin işlevleri Generates emotions Add feeling to sensory experience which direct to behavior. Sexual behavior, emotions of rage ,fear, anxiety and motivation appreciation of novelty maintaining attention integration of sensory experiences Memory

İki limbik eksen Hipokampus Dış kaynaklı Öğrenme ve bellek-Bilişsel süreç Tüm kortikal duyu alanlarından girdi alır Ön talamusa projekte olur Ön talamus-Singulat girus-hipokampus (Papez halkasını izler) Oradan hipokampus-Mamiller cisim- Talamusa gider Bazal gangliyonlara projekte olur Orta beyin yoluyla medial önbeyin demetine projekte olur Amigdala İç kaynaklıdır Kortikal duyu alanları ve iç organlardan uyaran alır Duyguların ve güdülemenin oluşmasını sağlar Dorso medial talamus-PFK-amigdala yolunu izler Amigdala-ventromediyal hipotalamusa gider Bazal gangliyonlara projekte olur Orta beyin aracılığı ile mediyal önbeyin demetine projekte olur

Amigdala Duyguları oluşturur Duyusal deneyime hisleri ekleyerek davranışı yönlendirir Öğrenme ve bellek duygularla yakından ilişkilidir Cinsel davranış, kaygı, öfke, korku ve güdülemeyi oluşturur

Hipokampusun işlevleri Öğrenme süreçleri ve bellek izlerinin oluşumu Sözcükleri, yüzleri, yerleri, olayları öğrenme ve hatırlama becerisi

Bellekte Hipocampus-Korteks İşbirliği Kwok Modeli(2003) Kortikal sistem daha önceki çağrışımlar aracılığı ile yavaş öğrenme sergiler Bir “ip ucu” geldiğinde kortikal sistem tek başına farklı olasılıklar üzerinden çıktılar üretir Yeni deneyimden öğrenme hipokampusta oluşur (kırmızı ok) Hipokampal ve kortikal sinir ağı hatırlama olayı için işbirliği yaparlar Zayıf bir hipokampal öğrenme bile daha önce var olan güçlü bir çağrışımın seçilme olasılığını arttırır hippocampus Cortical learning system 37

Limbik sistemin bağlantıları

Somatosensoriyel bağlantı korteksi Birincil somatosensoriyel korteksin arkasında yerleşmiştir Duyusal bilgiyi bütünleştirir Uyaranın kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesini sağlar Parçaların boyutunu, yapısını, bağlantılarını belirler

Bağlantı korteksi Arka bağlantı alanı (PTO): Dil, dikkat ve algı için gerekli duyuların integrasyonu, visuospatial lokalizasyon Limbik bağlantı alanı: Duygulanım ve bellek Ön bağlantı alanı (PFK): Bilişsel davranış, motor planlama, dil üretimi, yargılama

Duyusal bilginin bütünleştirilmesi Görsel, işitsel ve somatik bilgiler bağlantı alanlarında birleştirilerek zihinsel temsilciler oluşturulur 41

Uyaranın değerlendirilmesi Primer duyu korteksleri ve bağlantı korteksleri; amigdala, hipokampus gibi limbik bölgeler ve ön insula, ön singulat, mediyal prefrontal gibi paralimbik bölgelerle ilişki içerisindedir Bu bölgelerle bağlantılar sayesinde uyaran geçmiş deneyimler ışığında değerlendirilir 42

Karar verme Uyaranın tanımlanmasından sonra uygun yanıt olacak bir davranışın seçilmesi, planlanması, başlatılması veya önlenmesi, hedefe yönelik etkinliğin düzenlenmesi gereklidir Bunu frontal bölge, bağlantıları aracılığı ile gerçekleştirir

Prefrontal Korteks Kortikal hiyerarşinin ve bilgi işlemenin en üst düzeyini oluşturur, yönetici işlevlerden sorumludur İstemli dikkatin sürdürülmesini sağlar Çalışma belleğini yönetir Limbik sisteme rehberlik eder, bazen baskılar Duyusal girdilere anlam yüklenmesini sağlar Karar verir, amaç oluşturur, plan yapar, davranışsal tepkiyi yönlendirir, duyguları şekillendirir

Prefrontal Korteks Üç ana bölüme ayrılır: Orbital Dikkat dağıtıcıları baskılamak Uzun süreli belleği konsolide etmek Gelen bilgileri karşılaştırmak Duyuların bütünleştirilmesi Otonomik tepkilerin düzenlenmesi Duygusal uyaranın ödül/ceza ile ilişkisinin öğrenilmesini sağlayarak karar verme süreçlerinde rol oynama Ödülle ilişkili uyaranları yordama Dürtü kontrolü (Hipotalamusu baskılama) Sosyal bilişle ilgili beceriler, sosyal olgunlaşma

Prefrontal Korteks Mediyal Ventromediyal premotor korteks, amigdala ve insula bedensel durumların etkinleşmesi ile ilişkili beyin bölgeleridir Ventromediyal bölgeler sosyal ve duygusal bağlamda karar verme süreçleriyle ilişkilidir

DorsoLateral PFK- Yönetici işlevler Dikkat, çalışma belleği Davranışın, konuşmanın, nedenselleştirmenin zamansal organizasyonuna bilişsel destek sağlamak Gelecekteki olayları öngörebilmek Planning & Goal Setting Organizing Prioritizing Memorizing Self-Monitoring & Checking Shifting Flexibly From: Meltzer, 2007 48

Singulat korteks Dikkatin sürekliliğini, kaydırılmasını ve planın izlenmesini sağlar PFK ve alt bölgeler arasında bilginin geçişini düzenler (filtreler ya da amplifiye eder) Limbik motor korteks olarak da tanımlanır; Duygu ve düşüncenin bütünleşmesine yardımcı olur Bilişsel esneklikten, uyum sağlayabilirlikten sorumludur

Singulat korteks Ön ACC Arka ACC Duyguların yaşantılanması Dikkatin odaklanması (İlişkisiz uyaranın baskılanması) Duygu ve düşüncenin uygun bir biçimde bütünleştirilmesini sağlayarak kendini düzenleme ve uyum sağlama Arka ACC Hedef motor tepkiyi seçme Hatayı farketme Performansı denetleme Yeni uyaranı saptama Motivasyonel değerlendirme yapma Ödüle dayalı karar vermeyi sağlama Ağrıyı, acıyı algılama

İnsula Bedenin fizyolojik içsel durumundan, kişinin yaşantıladığı “gut feelings”ten haberdardır Acı, ağrı duygusunun algılanmasını sağlar Empati duygusunu sağlar

Frontal döngüler Motor Okulomotor Dorsolateral prefrontal Lateral orbitofrontal Anterior singulat 53

1.Motor döngü Suplementer Motor Alan (SMA)& Premotor: motor programların planlanması, başlatılması ve depolanması, hareketlerin ince ayarı Motor: hareketin plana göre yönetilmesi Konuşma 55

2. Okulomotor Döngü Frontal Eye Field Central Caudate DM Globus Pallidus Substantia Nigra VA, MD Thalamus İstemli sakkadik ( tarayıcı) göz hareketleri Bağımsız görsel uyaranlar REM 56

3. Dorsolateral Prefrontal Döngü DL Kaudat DM Globus Pallidus Substantia Nigra VA, MD Talamus Yönetsel işlevler: motor planlama, dikkati yönlendirme, bilişsel setleri değiştirme Dikkat ve işlem belleği aracılığı ile davranışı monitorize etme ve uyumlandırma 57

4. Lateral Orbitofrontal Döngü VM Kaudat DM Globus Pallidus Substantia Nigra VA, MD Talamus Infero-lateral prefrontal Orbito-frontal Duygusal yaşam ve kişilik yapısı Uyarılma, motivasyon, duygu, çeldirici uyaranların baskılanması Bilinçlilik, ödül sistemi Sosyal biliş, taklit 58

5. Anterior Singulat Döngü Singulat Girus Ventral Striatum RL Globus Pallidus Substantia Nigra MD Talamus Motivasyon, eyleme yönelme, kızgınlık, irritasyon 59

Kararın uygulanması Bu değerlendirme bölgelerinden gelen bilgi ventral striatumda bir araya gelir ve buradan talamus aracılığı ile tekrar kortekse, ilgili bağlantı bölgelerine gönderilir Dorsal bazal gangliyonlar da bu süreci kontrol ederek talamus aracılığıyla davranışı etkiler 60

Bilgi İşleme Sürecinin Motor Sistemdeki Dönüşümü Motor planlama davranışın genel bir taslağının oluşturulması ile başlar, motor yolakdaki işlemler aracılığı ile somut davranışa dönüştürülür. 61

Motor Hiyerarşi 1° Somato sensory Intent Actual 62

Motor alanlar Birincil (somatik) motor korteks Premotor korteks Broca alanı Frontal eye field

Birincil motor korteks Presantral girusta yer alır Aksonları kortikospinal traktusu oluşturan piramidal hücrelerden oluşur İstemli, beceri isteyen, ince hareketlerin bilinçli kontrolünü sağlar

Premotor korteks Presantral girusun önünde yerleşmiştir Suplementer Motor Alan (SMA)& Premotor: motor programların planlanması, başlatılması ve depolanması, hareketlerin ince ayarı Öğrenilmiş, tekrarlayıcı, kalıplaşmış davranışları kontrol eder

Bazal Gangliyonlar Hareketin ardışıklığını düzenler Edimsel koşullanmayla beceri edinmeyi sağlar İstenmeyen hareketin baskılanması, istenilenin kolaylaştırılmasını sağlar Motor davranışın seçimi, bir hareketten diğerine geçişi sağlar 67 67

Serebellum Niyet edilen davranışla, gerçekleşen davranışı karşılaştırır Devam edegelen davranışta geribildirim mekanizmaları ile düzeltmeler yapar Ballistik hareketleri programlar Davranışın yönlendirilmesini ve zamanlamasını sağlar Motor öğrenmede bilinçlilikten bilinçdışına aktarılmayı gerçekleştirir

Serebellum Duyusal korteks, talamus ve beyin sapından aldıkları bilgileri kullanma Uyaranları nonspesifik alanlardan somatomotor alanlara geçirme Kas tonusu, postür ve hareketle ilgili düzenleme Çıktıları serebral korteks ve beyin sapındaki motor merkezlerin aktivitelerini etkileyerek kas hareketlerini düzenlenme

Medulla spinalis Deri, eklem, kaslardan duyusal bilgi alır. İstemli hareket ve refleks hareketlerini gerçekleştirir.

Bağlantı korteksi İşlem belleği Seçici dikkat Depolama Cingulat Düşünme ve eylem PFK Motor sistem Basal gangliyonlar Serebellum Seçici dikkat İşlem belleği Bağlantı korteksi Depolama Duygusal kodlama Cingulat yaşantı Hipokampus Konsolidasyon Talamus Duyusal girdi Uyarılma Amigdala Duygu anlatımı Endokrin Otonom Hipotalamus 71 71 71

Kaynaklar Higher-Order Cerebral Function web.odu.edu/webroot/instr/sci/kcarson.nsf/ files/Chapter19.ppt/$FILE/Chapter19.ppt cogns.northwestern.edu/Problem_Solving.ppt The Central Nervous System www.stcsc.edu/anatomy/210/Chapter%2012%20Part%201.ppt