NÖROBİLİME GİRİŞ Prof Dr Süheyla ÜNAL

Nörobilim-Nörobiyoloji Beyin Davranış

Nörobilimin temel soruları Bilincin biyolojik temelleri Algı, öğrenme, hatırlama ve “davranma”ya ilişkin mental süreçler Biyolojinin en “derin” bilmecesi: “bilinç” ve “kendinin farkında olmak” ile bunların sinirsel temsili arasındaki ilişkiyi bulabilmek

Nörobilimin temel soruları Belli mental süreçler beynin belli bölgelerine lokalize midir? Yoksa akıl tüm beynin ortaya çıkardığı bir olgu mudur? Eğer lokalizasyon söz konusu ise, yapı-fonksiyon ilişkisi nasıldır? Bu tür ilişkiler ilgili bölgenin tümünün araştırılmasıyla mı, yoksa tek nöronlar düzeyinde mi daha iyi anlaşılır?

İki farklı görüş Lokalizasyon- (frenoloji) – korteks fonksiyonel olarak özgül alanların oluşturduğu bir mozaiktir Tüm alan- (aggregate field) – mental fonksiyonlar tüm serebral kortekse homojen dağılır

Franz Joseph Gall (1758 -1828) Tüm davranışlar beyinden çıkar. Korteksin özgül bölümleri özgül işlevleri kontrol eder. Her zihinsel işlev tıpkı egzersizle kasların güçlendirilmesi gibi, kullanımla büyür. Serebral korteks tek bir organ gibi işlev görmez, her biri ayrı zihinsel etkinlikten sorumlu olan en az 35 organdan oluşur.

Lokalizasyon Dünya hakkındaki bilgi tüm bir tasarım olarak değil, farklı kategoriler halinde depolanıyor. Örn. canlı, cansız nesneler hakkındaki bilgiler farklı bölgelerde depolanır. Sol temporal bölge bağlantı alanındaki bir lezyon hastanın yaşayan şeyler hakkındaki bilgisini bozarken, cansız nesnelere ait bilgilere dokunmaz

Lokalizasyon Sağ temporal bölgedeki küçük bir lezyon isimleri hatırlama yetisini bozarken, görüntüsünü hatırlamayı bozmaz.

Fodor Mental modüller kuramı: Beynin farklı parçaları farlı tipte işlevleri gerçekleştirmek üzere özelleşmişlerdir Frenolojidekinden farklı olarak, modüller özel bir alanı kaplamazlar, beynin farklı alanlarına yayılmış olabilirler

Tüm alan-Dağılmış işlevler Lashley korteks lezyonu yaptığı sıçanlara labirent deneyleri uyguluyor: çıkartılan alanla ilgili işlev sorunu doku miktarı ile ilişkili bulunuyor: “Mass action”-nöronlar, bağlantılar, bölgeler önemsiz! Daha sonra labirentte öğrenmenin yanlış model olduğu anlaşılıyor, çünkü çok değişik motor ve duysal komponentleri var. Biri olmasa diğeri ile kompanse edebiliyor

İkisi de doğru Bugün bilişsel işlevlerin beynin çeşitli bölgelerine dağılmış birçok basit mekanizmanın paralel ve seri işlemleriyle gerçekleştiğini biliyoruz

İkisi de doğru Mental süreçler zincir gibi birbirine bağlı değil-bir halka tüm zinciri etkilemiyor. Aynı gara giden çeşitli demiryolları gibi... Beyinde iki tip işlevsel birim var; modüller ve santral işlemci sistemi (Fodor) – Modüller otomatik, hızlı, bilinçdışı işlemciler – Santral işlemci sistemi yavaş, istemli ve bilinçli

Beyindeki işlevsel birimler Modüller (Duyu) Santral işlemci (Deneyim) Özelleşmiş işlev Etkilenemez Bilgi sınırlı Yavaş Otomatik Doğuştan Etkilenebilir, erişilebilir Bilgi sınırsız Hızlı İstemli Öğrenmeden etkilenir

Duygu, düşünce, davranış Davranışın biyolojik temelleri Duygu, düşünce, davranış Beyin sistemleri Bağlantı döngüleri Nöronlar Membranlar Moleküller Genler Andreasen and Black, 2001

Behavior Environment Emotion Cognition Biology

Temel ilkeler Beyin zihinsel işlevlerin organıdır. Beyin davranışsal tepkileri yönlendirir Beyindeki nöronal bağlantılar plastisiteye sahiptir. Beyin çevresel etkenler tarafından değiştirilir. Deneyimler tek bir sinapstaki kimyasal etkinliklere indirgenemez.

Deneyim-Beynin inşası Yaşantılar çeşitli mekanizmalarla sinir sisteminin yapı ve işlevini etkilerler Anatomik değişiklikler (yeni sinapslar, LTP, LTD ile dentrit sayısında değişim vs) Nörokimyasal değişiklikler (örn dopamin üretimi) Metabolik değişiklikler (örn glikoz tüketimi) Nelson CA 1999

Beynin inşası Beyin gelişimi aşağıdan yukarıya doğru hiyerarşik bir süreç izler Temel bilgiler üzerine yeni bilgiler eklenerek beyin her an yeniden yapılandırılır Giderek daha karmaşık yapılar ve işlevler geliştirilir

Beynin inşası Doğumdan itibaren bir program doğrultusunda beynin mikroyapısı ve işlevleri genetik alt yapı, prenatal etkiler ve yaşam deneyimleri arasındaki etkileşim aracılığı ile sürekli olarak yeniden yapılandırılır Uzun süreli bellek beyinde gen ifadesinde değişikliklere ve bunu izleyen anatomik değişikliklere yol açar Beyindeki anatomik değişiklikler de bireyin hayatını etkileyen kişilik değişimlerini belirler Siegel 2006

Uzun süreli duyarlılaşma Anatomik değişiklikler Gen ekspresyonunun aktivasyonu

Nöroplastisite

Deneyim-Beynin inşası Deneyim beklentili plastik değişimler SSS kritik peryodlarda deneyimlere bağlı olarak bazı özel sinaptik bağlantılar oluşturur Birincil duyusal korteksin gelişimi için normal düzeyde uyarı alması gereklidir Deneyime bağlı plastik değişimler Kritik dönemdeki özel yaşantılar beynin gelişimini etkiler (örn: müzik eğitimi ile sensorimotor korteks ve birincil işitme korteksinin gelişmesi) Korteksin özelleşmesi talamustan gelen girdiyle gerçekleşir

‘Hebb kuralı’ Eğer iki nöron aynı anda elektriksel olarak aktive olursa, Aralarında otomatik olarak bir bağ gelişir. İkisi arasında zayıf da olsa bir bağ varsa, aralarındaki sinapslar güçlenecektir. Uyarılmazlarsa bağ gelişmeyecek ya da var olan bağ kopacaktır

Birlikte ateşlenen nöronlar, birlikte ağ oluştururlar Kritik dönem İlk 3 yıldaki yaşantılar Bu dönemin etkileri yaşamın daha sonraki yıllarında da kalıcı olur.

Yaşantı + Duygu=Genetik yapıda değişiklik 1 Uyaran CREB aktivasyonu 2 CREB Gene Nucleus CREB’in geni aktive etmesi Sinaps güçlendirici proteinler 3 4 Scientific American, Feb. 2005

Kandel’ın nörobiyoloji ilkeleri Tüm zihinsel süreçler beynin işleyişinden kaynaklanırlar Psikiyatrik hastalıklar beynin işlev bozukluklarıdır

Kandel’ın nörobiyoloji ilkeleri Genler ve onların protein ürünleri beynin işleyişini gerçekleştiren nöronlar arasındaki bağlantı kalıplarının en önemli belirleyicileridir

Kandel’ın nörobiyoloji ilkeleri Davranış ve sosyal etkenler geri bildirim mekanizmaları ile beyni etkileyerek gen ekspresyononu, dolayısıyla nöronların işlevlerini değiştirirler İşlevsel olmayan davranışı öğrenme gen ekspresyonunda değişiklik oluşturur

Genetik Gen/Çevre Etkileşimi Çevre

Gen-Çevre Etkileşimi NATURE: Bireyin genetik yapısı tarafından programlanan davranışları NURTURE: Sosyal ve çevresel etkenlerin sonucu olan davranış “çevreye=nurture“ ait etkiler “yapıda=nature” ifadesini bulur

Gen-Çevre Etkileşimi

Kandel’ın nörobiyoloji ilkeleri Öğrenme nöronal bağlantıların yapısını değiştirerek gen ekspresyonundaki değişiklikleri ortaya çıkarır Bu değişiklikler kişiliğin biyolojik temeline katkıda bulunmakla kalmaz, sosyal tesadüfler tarafından başlatılan ve sürdürülen davranış anormalliklerinden de sorumlu olur

Kandel’ın nörobiyoloji ilkeleri Psikoterapide gerçekleşen öğrenme beynin yapısını ve işlevini değiştirebilir Psikoterapinin davranışta uzun süreli bir değişiklik oluşturması, sinaptik bağlantılarıın gücünü arttıran ve beynin sinir hücreleri arasındaki bağlantıların anatomik yapısını değiştiren bir gen ekspresyonu değişikliği aracılığı ile gerçekleşir

Psikopatoloji gelişimi Beyin anomalisi Anormal davranış Genetik & Çevresel etkenler

Genetik yatkınlık

Fenilketonüri Fenilalanin hidroksilaz enziminin anormal gen kopyası Kanda fenilalanin artışı Anormal beyin gelişimi Mental retardasyon

Serotonin Reseptör Gen Mutasyonu Serotonin 1B geni yok edilen sıçanlarda 4 hafta sonra saldırgan davranışta artış İntihar girişimi gibi impulsivite-agresivite öyküsü olanlarda serotonin azlığı

Tedaviye yansıma Genetik yatkınlığın yapısını saptamak Yatkınlığın çevresel etkilerden nasıl etkilendiğini saptamak Davranışı kontrol eden yolları değiştirmek

Psikoterapi... Düşünce, duygu ve davranışları konuşma, ilişki kurma yoluyla değiştirme

Kaynaklar Eric R. Kandel, James H Schwartz, Thomas M Jessell (2000) Principles of Neural Science. Fourth Edition. McGraw-Hill Blinder BJ, Sanathara V. The Neurobiology of Psychostructural and Psychotherapeutic Change: Conflict, Defense, and Transformation www.ltspeed.com/bjblinder/publications/99SLIDESaacap