SİNİR HÜCRESİ VE DAVRANIŞ E. Kandel Prof.Dr.Süheyla Ünal İnönü Üniversitesi Tıp Fakültesi Nörolojik Bilimler Çalışma Grubu

Sinir Hücresi Nöronlar Glialar

Glia hücrelerinin işlevleri-1 Nöronları destekler ve beyne bir yapı sağlar.Sinir hücresi gruplarını, sinaptik bağlantıları diğerlerinden ayırır. Oligodentrisitler myelin üretir. Çöpçülük yapıp, ölü ya da hasarlı nöronları ortamdan uzaklaştırırlar. Temizlik ve bakım yaparlar, nörotransmitterleri ortamdan uzaklaştırırlar.

Glia hücrelerinin işlevleri-2 Kas-sinir kavşağı sinapslarında presinaptik ucun bazı işlevlerini düzenlerler. Astrositler beyin kapillerleri ve venüllerin KBB oluşturmasını sağlar. Beyin gelişimi sırasında göç eden hücrelere rehberlik ederler. Büyüme faktörleri salgılayarak nöronların gelişmesine, beslenmesine yardımcı olurlar.

Glialar Makroglialar: Oligodentrisitler (sss’de) Schwan hücreleri (pss’de) Astrositler Mikroglialar: Fagositler

Sinir Hücresi Hücre gövdesi Dentritler Akson Presinaptik uç

Santral Sinir Sistemi iletiminde organizasyon ilkeleri Dinamik polarizasyon ilkesi: Elektrik uyarısı tek bir yöne doğru akar. Bağlantı öznelliği ilkesi: Her hücre özel bağlantılar kurar.

Şekillerine göre nöronlar Unipolar (omurgasızlar ve oss’de) Bipolar (retina, olfaktör epiteli) Multipolar

İşlevlerine göre nöronlar Duyusal Motor İnternöronlar Projektif Lokal

Her davranış birçok sinir hücresinin etkinliğini gerektirir. Beynin davranışsal işlevleri birbirleriyle bağlantılı hücreler aracılığı ile gerçekleştirilir. Her davranış birçok sinir hücresinin etkinliğini gerektirir.

Beynin davranışsal işlevleri

Tenis oynama sırasında; Gelen topun yönünü ve hızını saptamak için görsel bilginin değerlendirilmesi (Görme korteksi) Oyuncunun kolu,bacağı, gövdesinde uygun pozisyonun alınması için proprioceptif bilginin değerlendirilmesi Duyusal bilginin bağlantı alanları aracılığı ile geçmiş deneyimlerle birleştirilmesi (hipokampus) Davranışın planlanması sırasında duyguların ve sosyal davranışın hesaba katılması (amigdala)

Amigdalanın otonom sinir sistemini etkinleştirmesi Hipotalamusun oynamaya güdülemesi Premotor korteksin motor program geliştirmesi Spinal kordun kol ve bacak kaslarını aktive etmesi Serebellum tarafından motor hareketin ince ayarının yapılması Beyin sapının kalp hızı, solunum, uyanıklık sağlaması

Davranışı anlamak için; Davranışı bileşenlerine ayırmak, Her bileşene katkıda bulunan beyin bölgelerini tanımlamak Davranışa katılan bölgelerin birbirlerine nasıl bağlandıklarını analiz etmek gerekir.

Patella refleksi

Patella refleksindeki sinir ağı Beden yüzeyinden duyusal bilginin santral sinir sistemine taşınması SSS’den motor emirin diz refleksini oluşturan kasa iletilmesi Karşıt kasları innerve eden motor nöronların inhibe edilmesi Lokal nöron aktivitesi ile ilgili bilgilerin sss’nin daha yüksek bölgelerine iletilmesi (koordinasyon)

Kuadriseps kasının kasılması için; Her biri 100-150 motor nöronla bağlantı yapan yüzlerce duyusal nöronun etkinleşmesi gerekmektedir. Bir nöronun birçok hedef hücreyi etkinleştirmesine diverjans denir. Örneğin diz refleksini ilgilendiren duyusal nöronlar lokal internöronlara ve daha yüksek merkezlere projekte olur.

Konverjans Motor hücreler ise birçok duyusal hücreden girdi alır. Birçok nörondan uyaran alan hedef motor hücresi bu farklı bilgileri bütünleştirir.

Geri bildirim sistemleri İnternöronlar aracılığı ile inhibitor nöronların etkinleşmesine ön beslemeli inhibisyon denir. Nöronlar geri besleme inhibisyonu da oluştururlar. Aktif nörondan kalkan uyaran aynı anda hedef nöronu ve inhibitör internöronu etkinleştirir. Böylece aktif nöronun hedef hücre üzerindeki etkisi sınırlanır.

Uyarı oluşumu ve iletimi Nöronun değişik bölümlerinde 4 farklı sinyal üretilir; girdi sinyali tetikleyici sinyal ileti sinyali çıktı sinyali

Aksiyon potansiyeli Hücre membranının her iki tarafında pozitif yüklü Na ve K iyonları ile negatif yüklü aminoasit ve proteinlerin eşit olmayan dağılımı  Membranın K’a karşı geçici geçirgenliği aracılığı ile gerçekleşir.

Hücre istirahat halinde iken iyon kanalları açıktır ve K hücre dışına çıkar. Bu çıkış hücre yüzeyindeki negatif yükü azaltır. Membran potansiyelinin 10mV azalması membranı Na’a daha geçirgen hale getirir. Na inflaksı hücre içindeki (-) yükü azaltır. Membran potansiyeli daha da azalır ve AP ortaya çıkar.

Aksiyon potansiyeli ya hep ya hiç yasasına göre çalışır, bir kez ortaya çıktı mı azalmaksızın presinaptik uca kadar iletilir. 1 msn sürer. Sonra hücre membranı istirahat durumuna geçer. İstirahat potansiyeli hücrenin her yerinde aynıdır.

Depolarizasyon: Membran potansiyelinin –65 mV’dan –55mV’a inmesi AP üretme kapasitesini arttırır, eksitasyon oluşturur. Hiperpolarizasyon: Membran potansiyelinin –65 mV’dan –75 mV’a çıkmasıdır, inhibisyona yol açar.

Reseptor potansiyeli Duyusal bir uyaran reseptor proteinlerini aktive ederek Na ve K akışına neden olur , bu da hücre membranının dinlenme potansiyelini bozarak reseptor potansiyeli oluşturur.   Lokal bir uyarı oluşturan RP akson boyunca pasif olarak dağılır. Mesafe ile amplitudu azalır. 1mm’den daha uzağa gidemez. Akson boyunca taşınabilmesi için Ranvier boğumlarında amplifiye edilmesi gerekir.

Sinaptik potansiyel AP presinaptik uçta kimyasal bir uyarı oluşturur. Açığa çıkan nörotransmitter bir sonraki hücrenin reseptörüne bağlanarak membran potansiyelini değiştirir ve sinaptik potansiyeli oluşturur.   SP nörotransmitter miktarı ve salınma süresi ile ilgili olarak azalarak ilerler. Reseptörün tipine göre depolarizan ya da hiperpolarizan olabilir.

Tetikleyici potansiyel Aksonun başlangıç segmentinde voltaja duyarlı Na kanallarının yoğun olarak bulunması AP için düşük bir eşik sağlar. Tüm reseptörlerin ve sinapsların potansiyelleri burada toplanır, eşik potansiyel aşılırsa AP oluşur. AP’i hedef hücreye gidene kadar azalmaz.

Bilginin oluşumu ve taşınması Elektrik uyarısının temel mekanizması her nöronda aynıdır. Nöronların mikro düzeydeki (örn.iyon kanalları) farklılıkları, farklı eşiğe, farklı uyarılabilirliliğe ve ateşleme şekillerine sahip olmasını sağlar. Nöronlar farklı nörotransmitter içerirler. Duyunun yoğunluğu, hareketin hızı AP’in sıklığını belirler. AP sayısı ve bunların aralarındaki süre bilgiyi oluşturur. Uyarı stereotipiktir, uyaranın özelliğini taşımaz. Uyarının taşındığı nöral yolak önemlidir.

Uyarı nöronun bir ucundan diğer ucuna taşınırken değişime uğrar. Bilgi işleme sürecini nöronlar değil, aralarındaki bağlantılar sağlar. Bağlantıların modifiye edilebilirliği (plastisite) davranışın uyumluluğuna katkıda bulunur.

Uyaran sss’de iki türlü etki yaratır: uyarılma (eksitasyon) kalıcı işlev değişikliği (plastisite)  

Davranışın nöral bölümleri Duysal uyaran Ara süreç Motor çıktı Her komponent tek bir grup nöron ya da farklı nöron grupları tarafından oluşturulur.

Davranışın oluşumu Duyusal girdi----modulator nöronlar----motor program----geri bildirim (ödül) (Dikkat, güdü, ödül gibi modulator sistemler davranışı şekillendirir. )

Sinir sisteminin yapılanması Nöron----nukleus---- kolon---- yolak----topografik alanlar----bağlantı alanları

Sinir hücresi Nöronların tipi, yerleşimi, sayısı, diğer nöronlarla bağlantıları, akson ve dentritlerin sinir sistemi içinde üç boyutlu dağılımı beyin işlevi için temeldir.

Bilgi işleme sürecinde iki tür nöron işlev görür Temel hücre (projeksiyon nöronu): Piramidal hücrelerdir. Aksonu bilgiyi sistemdeki bir sonraki aşamaya taşır. Başlıca III, V ve VI. tabakalarda yer alır. Transmitter olarak glutamatı kullanır. Projekte olduğu hücreyi eksite eder.

Lokal internöron Sepet, çapa şeklindedirler. Aynı işlem sürecindeki lokal hücrelerle iletişimdedir. Çoğunlukla GABA’yı kullanır. Hedef hücreyi sıklıkla inhibe eder. Eksitatör özellikte olanlar IV. tabakada yer alır, talamustan duyusal bilgi alır.

Kolonal yapı Bir kolonda yer alan nöronlar benzer tepki özelliklerine sahiptirler. Yerel işlem ağını oluştururlar. Kolonal sistem neokorteksin bilgi işleme işlevi için temeldir (bilgisayar modeli).

Serebral korteks hücrelerinin düzenlenişi Serebral korteks hücreleri tabakalar halinde düzenlenir.  Tabakalar girdi ve çıktı ilişkilerini düzenlemek üzere organize olur.

Tabakaların işlevleri IV. tabaka talamusla bağlantıları sağlar. Lateral genikulat nükleus primer görme korteksinin IV. tabakasına düzenlenmiş girdi sağlar. Neokorteksin çıktıları motor korteksten basal gangliyonlar, talamus, pontin nükleuslar,ve spinal korda olur.

Nöral haritalar Her bir duyuya ait bilgiler farklı beyin bölgelerinde işlenir. Beden yüzeyindeki reseptörlerin oluşturduğu haritalar beyinde dış dünyanın bir tasarımını oluşturur. Hareketle ilgili beyin bölgeleri de düzenli bağlantılarla oluşturulur. Bu haritaları oluşturan nöronlar birbirlerinden farklı değildir. Farklı işlevlere sahip olmaları farklı bağlantılara sahip olmaları nedeniyledir.

Nöral haritalar Duyusal algılar Motor emirler Bu haritalar arasında bağlantılar bulunmaktadır.

Bilgi akışı hiyerarşisi Bilgi yolaklar aracılığı ile diğer bölgeye aktarılır. Her yolak bir dizi nukleustan oluşur. Her nukleus birkaç işlevsel alt bölümden oluşur. Bilgi neokortekste daha kompleks bilgi üretmek üzere seri işlemden geçer.

Beynin işleyişi ile ilgili organizasyon ilkeleri İşlev sistemleri hiyerarşik bir şekilde düzenlenmiştir. Beynin bir tarafındaki işlev sistemleri bedenin karşı tarafını kontrol eder. Seri süreçler: Bilgi neokortekste daha kompleks bilgi üretmek üzere seri işlemden geçer. Lokal işlevsel özelleşme söz konusudur. Algısal ve motor etkinliklerle ilgili temel mental işlevler korteksin bir bölgesinde lokalizedir.

Paralel süreçler ilkesi Aynı ya da benzeri bilgi farklı nöron grupları ya da yolaklar tarafından taşınır. Her işlev bilgi işleme sürecinin farklı bir yanını ilgilendiren beyin bölgeleriyle ilgilidir. İşlev sistemlerinin çeşitli bölümleri yolaklar aracılığı ile birbirlerine bağlanır. Beynin her parçası yanındaki bölgeye düzenli bir şekilde projekte olur, bu da topografik haritaları oluşturur. Çok sayıda duyuyu oluşturarak daha güçlü bir beyin yapılanmasını sağlar. SSS’nde işlevin hızını ve güvenilirliğini arttırır. Yapay zeka çalışmalarının ve beynin bilgisayar modelinin temelini oluşturmuştur.

Bilişsel işlevler Özelleşmiş beyin bölgeleri zihin ile değil, temel bilgi işleme süreçleri ile ilişkilidir. Bilişsel işlevler beynin çeşitli bölgelerine dağılmış birçok basit mekanizmanın paralel ve seri işlemlerle gerçekleşir. Zihinsel işlevleri bir zincirin halkaları gibi değil de, aynı terminali besleyen tren yollarına benzetmek uygun olur. PET ve fMRI çalışmaları gelen duyusal bilginin birden fazla yolakta işlem gördüğünü göstermektedir. Bilişsel işlevleri alt gruplara bölerek incelemek, bu süreçleri anlamayı kolaylaştırır.

Nasıl öğreniriz? Dünya hakkındaki bilgi tüm bir tasarım olarak değil, farklı kategoriler halinde depolanır. 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. Sağ temporal bölgedeki küçük bir lezyon isimleri hatırlama yetisini bozarken, görüntüsünü hatırlamayı bozmaz.

Beynin işleyişi: Dil örneği

DİL Dili ilgilendiren bilişsel süreçler sol hemisferde gerçekleşir. Duyusal ve motor modaliteleri farklı yollara sahiptir. Sol hemisfer dil kapasitesinin oluşması için konuşma ve duyma gerekli koşullar değildir. Konuşma dili sol hemisferin gerçekleştirdiği bilişsel işlevlerden sadece bir tanesidir. Dil paralel ve seri süreçlerle işlemektedir.

Dilin lokalizasyonu Dilin motor programı Broca alanında, duyusal programı ise Wernicke alanında yer alır. İşitsel, görsel ve somatik duyumların bütünleştirilmesini gerektiren sözlü ve yazılı dil Wernicke’den Broca alanına nöral bağlantılar aracılığı ile gerçekleşir. Bu bağlantılar olmadığında dilin ifadesi bozulur (conduction afazisi)  

Broca afazisi 1861’de Broca anlayabilen ancak konuşamayan bir hastasının ölümünden sonra beyninin sol yarısında frontal, parietal, ve temporal lobların birleştiği bölgede bölgede bir lezyon saptadı. Broca afazisinde konuşma örneği: “Evet... Pazartesi ...Baba ve baba ...hastane ve ... Çarşamba, Çarşamba, saat dokuz ... Perşembe saat on ...doktorlar, iki doktor ve ...dişler vah. Ve doktor ... kız, ve ciklet ve ben.." “Ben... yapıyor... sandalye, hayır hayır sandalet...Biri gördü... Sonra kestim tahtayı..”

Konuşma Wernice alanının frontotemporal bölgesi sözcüklerin anlama yetisi ile ilgili iken, parietotemporal bölgesi sözcüklerin cümle içindeki bağlantısını anlama yetisi ile ilişkilidir. Sözcüğün ekrandan okunması sırasında görsel bilginin oksipital bölgeden Broca alanına gittiği, kulaklıktan duyulduğunda ise post-temporal korteksin uyarıldığı gösterilmiştir. Sözcüğün anlamı üzerinde düşünmek sol frontal kortekste farklı bir bölgeyi uyarmaktadır.

Wernicke afazisi Wernicke ise 1873’de konuşabilen ancak konuşulanı anlamayan tipte bir afazi tanımladı. Bu tipteki afazi için lezyon sol hemisfer arka parietotemporal bölgeydi. Wernicke afazisinde konuşma örneği - Görüşmeci: Nasıl bir iş yapıyordunuz? - Hasta: Biz, çocuklar, hepimiz, uzun bir zaman çalıştık... Bilirsiniz, bir tür... Demek istiyorum ki istasyonun arkasında bir yer... - Görüşmeci: Özür dilerim, ne iş yaptığınızı öğrenmek istemiştim. - Hasta: Bunu söylüyorsanız, şöyle söyleriz, şeyy, talihin yanında, salih,.. Kafam karıştı.

Duygunun ve kişiliğin anatomik lokalizasyonu Sağ temporal bölge hasarlarında dilin duygusal kalitesi bozulmaktadır. Sağ hemisfer metafor, alay, mizah gibi metailetişim için sağlam olmalıdır. Temporal lob epilepsili hastalar iktal dönemlerinde deja vu, gerçeklik duygusunun kaybı, depersonalizasyon, hallusinasyonlar, korku, öfke, paranoya, cinsel duygular yaşarlar. İnteriktal dönemde ise cinsel ilgi kaybı, sosyal saldırganlıkta artış, aşırı ahlak düşkünlüğü, mizah duygusu kaybı gösterirler.