Etiket: serebral korteks

Yayım tarihi

Tractus corticopontinus

Kortikopontin yol, serebral korteksi beyin sapı içindeki pontin çekirdeklere bağlamada kritik bir rol oynayan karmaşık bir sinir lifleri ağıdır. Bu yol, serebral korteks ve beyinciğin farklı bölgeleri arasındaki iletişimi kolaylaştırdığı için motor kontrol ve çeşitli bilişsel işlevlerin ayrılmaz bir parçasıdır. “Kortikopontin“ terimi Latince ‘korteks’ (”kabuk“ anlamına gelir) ve ‘pons’ (”köprü” anlamına gelir) kelimelerinden türemiştir ve korteks ile pons arasında bir kanal olarak işlevini yansıtır.

Kortikopontin Yolun Anatomisi ve Yolu

Kortikopontin yol, serebral korteksin çeşitli bölgelerinden kaynaklanan ve her biri farklı işlevsel modalitelere hizmet eden birkaç farklı lif yolundan oluşur:

Frontopontin Lifler:

    • Bu lifler frontal lobdan, özellikle de motor korteksten (precentral girus), premotor alanlardan ve ek motor alandan kaynaklanır.
    • Fonksiyon: Frontopontin lifler öncelikle istemli hareketlerin planlanması, başlatılması ve koordinasyonunda rol oynar. Ayrıca karar verme, problem çözme ve bilişsel esneklik gibi yürütme işlevlerine de katkıda bulunurlar.
    • Yol: Frontal lobdan kaynaklandıktan sonra, frontopontin lifler iç kapsülün ön uzvundan aşağı iner ve özellikle crus cerebri’nin medial kısmını işgal ederek serebral pedinküller boyunca devam eder. Daha sonra ponsa girerler ve burada pontin çekirdeklerdeki nöronlarla sinaps yaparlar.

    Parietopontin Lifler:

      • Köken: Bu lifler parietal lobdan, özellikle somatosensoriyel korteksten (postcentral girus) ve asosiyasyon alanlarından kaynaklanır.
      • İşlev: Parietopontin lifler duyusal entegrasyon, uzamsal farkındalık ve duyusal bilginin motor eylemlerle koordinasyonunda rol oynar.
      • Yol: Frontopontin liflere benzer şekilde, parietopontin lifler iç kapsülün arka kolundan geçerek serebral pedinküllerden aşağıya doğru devam eder ve ardından pontin çekirdeklere ulaşır.

      Temporopontin Lifler:

        • Kökeni: Bu lifler temporal lobda, özellikle işitsel kortekste (superior temporal girus) ve dille ilgili alanlarda ortaya çıkar.
        • İşlevi: Temporopontin lifler işitsel işleme, dili anlama ve hafıza işlevlerinde rol oynar.
        • Yol: Temporopontin lifler iç kapsülün sublentiküler kısmından geçer ve pontin çekirdeklere ulaşmak için serebral pedinküllerin lateral kısmından aşağı iner.

        Oksipitopontin Lifler:

          • Kökeni: Bu lifler oksipital lobdan, özellikle de görsel korteksten (oksipital girus) kaynaklanır.
          • Fonksiyon: Oksipitopontin lifler öncelikle görsel işleme ve görsel bilginin motor fonksiyonlarla entegrasyonunda rol oynar.
          • Yol: Oksipitopontin lifler, iç kapsülün retrolentiküler kısmından geçer ve pontin çekirdeklere ulaşmak için serebral pedinküllerden aşağı iner.

          Beyin İçindeki Seyri

          • İç Kapsül: İç kapsül, kortikopontin lifler de dahil olmak üzere çeşitli kortikal bölgelerden lifler taşıyan kritik bir beyaz madde yapısıdır. Ön ve arka uzuvlar, genu ve lifleri beynin farklı bölgelerine yönlendiren diğer bileşenler şeklinde düzenlenmiştir. Kortikopontin lifler, kortikal kökenlerine bağlı olarak iç kapsülün çeşitli bölümlerinden geçer (örneğin, frontopontin lifler için ön uzuv, parietopontin lifler için arka uzuv).
          • Serebral Pedinküller: İç kapsülden geçtikten sonra, kortikopontin lifler orta beynin tabanında bulunan ana sinir yolları olan serebral pedinküllere girer. Lifler, köken ve varış yerlerine bağlı olarak pedinküller içinde medial, lateral veya intermediate olmak üzere belirli pozisyonları işgal eder.

          Pons’ta Sonlanma ve Beyinciğe Aktarım

          • Pontin Çekirdekler: Pons’ta kortikopontin lifler, pontin çekirdeklerdeki nöronlarla sinaps yaparak sonlanır. Pontin çekirdekler, korteksten serebelluma bilgi ileten röle istasyonları olarak görev yapan nöron kümeleridir.
          • Orta Serebellar Pedinkül: Pontin çekirdeklerde sinaps yaptıktan sonra, pontin nöronların aksonları orta hattı geçer (dekussat) ve orta serebellar pedinkülü oluşturur. Bu büyük lif demeti beyinciğe bilgi taşır ve burada motor aktivitelere ince ayar yapmak ve duyusal geri bildirime dayalı hareketleri ayarlamak için entegre edilir ve işlenir.

          Kortikopontin Yolun İşlevsel Önemi

          Motor Kontrol:

            • Kortikopontin yol, serebral korteks ve beyincik arasındaki iletişimi sağlayarak motor kontrolde çok önemli bir rol oynar. Korteks, istemli hareketlerin planlanması ve başlatılmasından sorumluyken, beyincik bu hareketleri hassasiyet, denge ve koordinasyon sağlamak için ayarlar. Kortikopontin lifler bu geri bildirim döngüsünü kolaylaştırarak beyinciğin korteksten gelen girdilere dayanarak motor eylemleri iyileştirmesini sağlar.

            Bilişsel İşlevler:

              • Motor kontrolün ötesinde, kortikopontin yol dikkat, hafıza, dil ve uzamsal işleme dahil olmak üzere çeşitli bilişsel işlevlerde rol oynar. Farklı kortikal bölgeleri pontin çekirdeklere bağlayarak, yol, farklı modalitelerden gelen duyusal bilgilerin entegrasyonuna izin vererek karmaşık bilişsel süreçlere ve davranışlara katkıda bulunur.

              Çapraz Modal Entegrasyon:

                • Kortikopontin yolun çeşitli duyusal ve motor bilgilerin beyinciğe iletilmesindeki katılımı, modlar arası entegrasyonu kolaylaştırır. Bu süreç, çeşitli modalitelerden (örn. görsel, işitsel, somatosensoriyel) gelen duyusal girdileri motor yanıtlarla koordine etmek için gereklidir ve çevreyle sorunsuz ve uyarlanabilir etkileşimler sağlar.

                Klinik Önemi

                • Motor İşlev Bozukluğu: Kortikopontin yolların hasar görmesi, lezyonun spesifik konumuna bağlı olarak çeşitli motor işlev bozukluklarına neden olabilir. Örneğin, frontopontin liflerdeki lezyonlar istemli hareket ve motor planlamada eksikliklere yol açabilirken, parietopontin liflerdeki hasar duyusal entegrasyonu ve uzamsal farkındalığı bozabilir.
                • Serebellar Ataksi: Kortikopontin yollar kortikal bilginin serebelluma iletilmesi için çok önemli olduğundan, lezyonlar bu iletişimi bozabilir ve bozulmuş koordinasyon, denge ve motor kontrol ile karakterize serebellar ataksiye yol açabilir.
                • Bilişsel Bozukluklar: Kortikopontin kanalın bilişsel işlevlerdeki rolü göz önüne alındığında, hasar dikkat, hafıza, dil ve diğer üst düzey bilişsel süreçlerde de eksikliklere yol açabilir.

                İleri Okuma

                1. Nieoullon, A., & Kerkerian, L. (1980). “Dopaminergic projections to the pontine nuclei: A radioautographic study in the rat.” Brain Research, 198(2), 215-228. doi:10.1016/0006-8993(80)90665-4
                2. Brodal, A. (1981). Neurological Anatomy in Relation to Clinical Medicine (3rd ed.). Oxford University Press.
                3. Tusa, R. J., & Ungerleider, L. G. (1985). “The projections of the middle temporal visual area (MT) in the macaque: Connections with the parietal and frontal lobes.” Journal of Comparative Neurology, 235(3), 264-280. doi:10.1002/cne.902350302
                4. Schmahmann, J. D., & Pandya, D. N. (1997). “Anatomic organization of the basilar pontine projections from prefrontal cortices in rhesus monkey.” Journal of Neuroscience, 17(1), 438-458. doi:10.1523/JNEUROSCI.17-01-00438.1997
                5. Guyton, A. C., & Hall, J. E. (2006). Textbook of Medical Physiology (11th ed.). Elsevier Saunders.
                6. Schmahmann, J. D., & Pandya, D. N. (2006). Fiber Pathways of the Brain. Oxford University Press.
                7. Nieuwenhuys, R., Voogd, J., & van Huijzen, C. (2008). The Human Central Nervous System (4th ed.). Springer.
                8. Thier, P., & Möck, M. (2006). “The oculomotor role of the pontine nuclei and the nucleus reticularis tegmenti pontis.” Progress in Brain Research, 151, 293-320. doi:10.1016/S0079-6123(05)51010-1
                9. Standring, S. (2008). Gray’s Anatomy: The Anatomical Basis of Clinical Practice. Churchill Livingstone/Elsevier.

                Click here to display content from YouTube.
                Learn more in YouTube’s privacy policy.

                Open video directly
                Yayım tarihi

                Gyrus cerebri

                Gyrus cerebri terimi “beynin kıvrımı” anlamına gelen Latince bir ifadedir. “Gyrus” kelimesi Yunanca “daire” veya “sarmal” anlamına gelen “gyros” kelimesinden gelir ve “cerebri” kelimesi “beynin” anlamına gelir. “Gyrus cerebri” teriminin kayıtlı ilk kullanımı 16. yüzyılda İtalyan anatomist Andrea Vesalius tarafından yapılmıştır.

                Girus, beynin dış tabakası olan serebral korteks üzerindeki bir çıkıntıdır. Serebral korteks, yüzey alanını artırmak için bir dizi girus ve sulkus (oluk) şeklinde katlanmıştır. Bu, beynin bilgiyi işleyen hücreler olan daha fazla nörona sahip olmasını sağlar.

                Serebral korteksteki girusların sayısı ve boyutu kişiden kişiye değişir. Bazı insanlarda diğerlerinden daha fazla girus bulunur ve bazı giruslar diğerlerinden daha büyüktür. Girusların boyutu ve sayısı yaştan da etkilenir, yaşlandıkça beyin daha kıvrımlı hale gelir.

                Giruslar beyin üzerindeki konumlarına göre adlandırılır. Örneğin, beynin ön lobunda merkezi sulkusun önünde yer alan ve precentral girus adı verilen bir girus bulunur. Beynin temporal lobunda, sylvian fissürün üzerinde bulunan superior temporal girus adı verilen bir girus bulunur.

                Girus (çoğulu girus) nöroanatomide beyin yüzeyinde görülen yuvarlak, yüksek, kıvrımlı yapıları veya çıkıntıları tanımlamak için kullanılan bir terimdir. Bunlar beynin kortikal yüzeyinde görülebilen “tümseklerdir”. Giruslar, sulkus (tekil sulkus) olarak bilinen çöküntüler ve fissür olarak bilinen daha büyük oluklarla bölünmüştür.

                Kıvrımlar (giruslar) ve oluklar (sulkuslar) beynin yüzey alanını artırarak bilişsel ve nörolojik işlevlerin artmasını sağlar. Bir anlamda giruslar, beynin sınırlı bir alana (kafatasına) daha fazla nöron sığdırmasının bir yoludur.

                Farklı giruslara isimler verilmiş ve farklı işlevlerle ilişkilendirilmiştir. Öne çıkanlardan bazıları şunlardır:

                • Precentral girus: Frontal lobda bulunan bu girus motor kontrol ile ilgilidir ve genellikle birincil motor korteks olarak adlandırılır.
                • Postcentral girus: Parietal lobda bulunan bu girus, dokunsal duyusal bilgileri işleyen birincil somatosensoriyel korteksin yeridir.
                • Singulat girus: Korpus kallozumun hemen üzerinde yer alan limbik sistemin bir parçasıdır ve duygu oluşumu ve işlenmesi, öğrenme ve hafızada rol oynar.
                • Superior temporal girus: Temporal lobda yer alır ve birincil işitsel korteksin bulunduğu yer olduğu için işitsel işlemede rol oynar.
                • Fusiform girus: Beynin ventral tarafında bulunan bu girus, üst düzey görsel işlemede çok önemli bir rol oynar ve özellikle yüz tanımada rol oynar.

                Giruslar önemlidir çünkü serebral korteksin daha geniş bir yüzey alanına sahip olmasını sağlarlar. Bu önemlidir çünkü serebral korteks, aşağıdakiler de dahil olmak üzere beynin birçok işlevinden sorumludur:

                • Düşünme
                • Öğrenme
                • Hatırlamak
                • Algılamak
                • Taşınmak

                Giruslar da beynin korunmasına yardımcı olur. Serebral korteksteki kıvrımlar beyni yaralanmalardan korumaya yardımcı olur.

                Girusların incelenmesine jiroskopi denir. Jiroskopi, serebral korteksin yapısı ve işlevine odaklanan bir sinirbilim alanıdır. Jiroskopi, beynin gelişimini, yaşlanmanın beyin üzerindeki etkilerini ve beyin bozukluklarının nedenlerini ve tedavilerini incelemek için kullanılır.

                Kaynak:

                1. Bear, M. F., Connors, B. W., & Paradiso, M. A. (2016). Neuroscience: Exploring the Brain. Wolters Kluwer Health.
                2. Nolte, J., & Angevine, J. B. (2000). The human brain: in photographs and diagrams. Mosby.

                Click here to display content from YouTube.
                Learn more in YouTube’s privacy policy.

                Open video directly
                Yayım tarihi

                Cortex cerebri

                İngilizcede; cerebral cortex —> dilimizde ise Serebral korteks

                Beynin telensefalonunun önemli bir bileşeni olan serebral korteks, insanlarda ve diğer birçok hayvanda beynin en dış katmanını temsil eder. Düşünce, hafıza, dikkat, bilinç, dil ve algı dahil olmak üzere çeşitli üst düzey beyin fonksiyonlarında kritik bir rol oynar.

                Nöronların hücre gövdelerinden, yani gri maddeden (substantia grisea) oluşur. Bu nöronların afferent ve efferent lifleri, gri madde alanları arasında yer alan beyaz maddeyi (substantia alba) oluşturur.

                “Serebral korteks” terimi, Latince beyin anlamına gelen “cerebrum” ve kabuğu veya kabuk anlamına gelen “korteks” kelimelerinden türemiştir ve beynin dış katmanı olma özelliğini göstermektedir. Serebral korteksle ilgili çalışmalar, Rönesans dönemindeki erken anatomik keşiflerden 21. yüzyılın ileri nörobilimsel araştırma tekniklerine kadar yüzyıllar boyunca önemli ölçüde gelişmiştir. Özellikle, 19. yüzyılın sonlarında ve 20. yüzyılın başlarında Santiago Ramón y Cajal gibi sinir bilimcilerin, beynin karmaşık mimarisini ortaya çıkarmak için Golgi‘nin boyama yöntemini uygulayan çalışmaları, serebral korteksin yapısı ve işlevinin anlaşılmasında bir dönüm noktası oldu.

                • Düşünme Şapkası: İnsan beyin korteksi tüm primatlar arasında en kırışık olanıdır ve bilgiyi işlemek için daha fazla yüzey alanı sağlar. Bu kırışıklık, karmaşık bilişsel yeteneklerimiz için çok önemlidir.
                • Sessiz İşleme: Kortikal aktivitelerimizin çoğu bilinçsizce gerçekleşir. Örneğin görsel işleme, biz ne gördüğümüzün farkına bile varmadan gerçekleşir.
                • Plastisite Gücü: Korteks yaşam boyunca inanılmaz plastisiteyi koruyarak öğrenmeye, adaptasyona ve yaralanmadan iyileşmeye olanak tanır.
                • Bilincin Gizemi: Önemli ilerlemelere rağmen, bilincin kesin sinirsel temeli zorlu bir bilimsel bilmece olmayı sürdürüyor.

                Serebral Korteksin Yapısı

                Serebral korteks, ağırlıklı olarak gri maddeden oluşan ve nöronların hücre gövdelerini içeren katmanlı yapısıyla ayırt edilir. Bu gri madde, duyusal girdinin işlenmesinden ve bütünleştirilmesinden ve motor çıktısının başlatılmasından sorumludur ve daha yüksek bilişsel işlevler için sinirsel aktivitenin merkezi olarak hizmet eder. Bu tabakanın altında esas olarak afferent ve efferent liflerden oluşan beyaz madde bulunur. Bu miyelinli lifler beynin farklı bölümleri arasındaki iletişimi kolaylaştırır, serebral korteksi beynin diğer bölgelerine ve omuriliğe bağlar, merkezi sinir sisteminin uyumlu ve koordineli bir şekilde çalışmasını sağlar.

                Nöroanatomide serebral korteksin diğer beyin bileşenleriyle olan yapısal ilişkileri, onun bilgiyi bütünleştirme ve işlemedeki önemli rolünün altını çizer. Serebral korteks, centrum semiovale ile doğrudan ilişkinin ötesinde, her biri beynin çok yönlü işlevlerine katkıda bulunan subkortikal bölgeler, limbik sistem ve beyincik dahil olmak üzere çeşitli beyin yapılarıyla etkileşime girer.

                Subkortikal Bölgeler

                Bazal ganglion

                Serebral hemisferlerin derinlerinde yer alan bir grup çekirdek olan bazal ganglionlar, hareket ve koordinasyonun kontrolünde rol oynar. Serebral korteks bazal ganglionlara projeksiyonlar gönderir ve bunlar da talamus yoluyla kortekse geri yansıtılır. Bu devre, motor komutlarının modülasyonu ve düzgün, koordineli hareketlerin yürütülmesi için çok önemlidir.

                Talamus

                Talamus, duyusal ve motor sinyalleri serebral kortekse yönlendirerek beynin aktarma istasyonu görevi görür. Bilincin, uykunun ve uyanıklığın düzenlenmesinde temel bir rol oynar. Neredeyse tüm duyusal bilgiler, korteks tarafından işlenmeden önce talamus aracılığıyla iletilir ve bu da kritik bir bütünleştirici işlevin altını çizer.

                Limbik Sistem

                Hipokampus, amigdala ve singulat girus gibi yapıları kapsayan limbik sistem duygu düzenleme, hafıza oluşumu ve koku almada etkilidir. Serebral korteks, limbik sistemle karmaşık bir şekilde bağlantılıdır ve bilişsel süreçler, hafıza ve duygusal tepkiler arasındaki karmaşık etkileşimi kolaylaştırır. Bu bağlantılar epizodik anıların oluşumu ve deneyimlerin duygusal olarak renklendirilmesi için gereklidir.

                Beyincik

                Geleneksel olarak denge ve koordinasyonla ilişkilendirilse de beyincik aynı zamanda serebral korteksle de geniş bağlantılara sahiptir ve motor kontrolüne, bilişsel işlevlere ve dil işlemeye katkıda bulunur. Serebro-serebellar döngü, korteksten ponsa, oradan da beyinciğe uzanan projeksiyonları içerir; beyincik daha sonra talamus aracılığıyla kortekse geri bildirim gönderir. Bu döngü, ince motor hareketlerin koordinasyonu ve bilişsel ve duyusal bilgilerin entegrasyonu için hayati öneme sahiptir.

                Korpus Kallozum

                Korpus kallozum, sol ve sağ serebral hemisferleri birbirine bağlayan, hemisferler arası iletişimi kolaylaştıran büyük bir sinir lifi demetidir. Bu yapı, ağırlıklı olarak sol yarıkürenin bir işlevi olan dil işleme ve çoğunlukla sağ yarıküreyle ilişkilendirilen uzamsal akıl yürütme de dahil olmak üzere, her iki yarıküre arasındaki faaliyetlerin koordinasyonuna olanak tanır.

                Assosiasyon ve Projeksiyon Lifleri

                Serebral korteksin kendi içindeki ilişki lifleri, aynı yarıkürenin farklı kısımlarını birbirine bağlayarak çeşitli duyusal ve bilişsel alanlardan gelen bilgilerin entegrasyonunu sağlar. Hem afferent (duyusal) hem de efferent (motor) yolları içeren projeksiyon lifleri, korteksi omuriliğe, beyin sapına ve diğer subkortikal yapılara bağlayarak beynin iç ve dış uyaranları algılama, işleme ve bunlara yanıt verme yeteneğini sağlar.

                Fonksiyonel Genel Bakış

                Serebral korteks geleneksel olarak dört ana loba ayrılır: frontal, parietal, temporal ve oksipital loblar. Her lob belirli işlevlerle ilişkilidir:

                • Frontal Lob: Karar verme, problem çözme, planlama ve kişiliğin ve duygusal ifadenin bazı yönleriyle ilgilidir.
                • Parietal Lob: Vücudun çeşitli yerlerinden gelen duyusal bilgilerin işlenmesinde, mekansal yönelimin anlaşılmasında, dil ve matematiğin yönetilmesinde önemli bir rol oynar.
                • Temporal Lob: İşitsel bilgilerin işlenmesi, hafızanın depolanması ve dil kavramanın bazı yönleri için gereklidir.
                • Oksipital Lob: Öncelikle görsel işlemden sorumludur.

                Serebral korteks, bilişsel yetenekler ve bilinç açısından insana özgü sayılan şeylerin çoğunu vurgulayan karmaşık ve son derece karmaşık bir yapıdır. Bu çalışma bizi yalnızca insan zihninin işleyişi konusunda aydınlatmakla kalmıyor, aynı zamanda beyni etkileyen nörolojik bozuklukların potansiyel tedavileri konusunda da aydınlatıyor.

                Tarih

                Beynin kıvrımlı dış tabakası olan serebral korteks, düşünmek ve hissetmekten hayal kurmaya ve yaratmaya kadar bizi benzersiz bir şekilde insan yapan her şeyin komuta merkezidir. Bilimsel buluşlar ve felsefi tartışmalarla iç içe geçmiş hikayesi, kendi zihnimizi nasıl anladığımıza büyüleyici bir bakış sunuyor.

                Antik Başlangıçlar:

                İlk Bakışlar: Eski Mısırlılar beyni önemli bir organ olarak kabul ederken, onu ilk inceleyen ve işlevi hakkında spekülasyon yapan ilk kişiler Yunanlılar oldu. Aristoteles beynin kalp için bir soğutma sistemi olduğuna inanırken, diğerleri beynin ruhu barındırdığını düşünüyordu.
                Galen’in Mirası: MS 2. yüzyılda, önde gelen Romalı doktor Galen, kapsamlı hayvan incelemeleri gerçekleştirdi ve hareket ve hissi kalbin değil beynin kontrol ettiğini öne sürdü. Yanlış olmasına rağmen çalışmaları gelecekteki çalışmaların temelini oluşturdu.

                Korteksin çözülmesi:

                • Vesalian Devrimi: 16. yüzyılda Andreas Vesalius, Galen’in hakimiyetine meydan okuyarak beyin de dahil olmak üzere insan anatomisini titizlikle belgeledi. Onun doğru çizimleri serebral korteksin karmaşıklığını ortaya çıkardı ve onun işlevine olan ilginin yeniden canlanmasına yol açtı.
                • Yerelleştirme Tartışmaları: 19. yüzyılda Paul Broca ve Carl Wernicke gibi bilim adamları belirli işlevleri korteks üzerinde haritalamaya başladılar ve yerelleştirmeyle ilgili hararetli tartışmalara yol açtılar. Farklı beyin bölgelerinin nasıl etkileşime girdiğine dair anlayışımızı geliştirdikçe bu tartışmalar bugün de devam ediyor.

                Serebral korteks aynı zamanda filozofların ve sanatçıların da hayal gücünü ele geçirmiştir:

                Kartezyen İkilik: René Descartes’ın ünlü “zihin-beden” ikiliği, düşünen zihni fiziksel bedenden ayrı bir kortekse yerleştirdi. Bu tartışma bilinç anlayışımızı etkilemeye devam ediyor.
                Sanat ve Korteks: Pek çok sanatçı, çalışmalarında beyinden ilham alarak onun gizemlerini ve karmaşıklıklarını araştırdı.

                Kaynak:

                1. Bear, M.F., Connors, B.W., & Paradiso, M.A. (2007). “Neuroscience: Exploring the Brain.” Lippincott Williams & Wilkins.
                2. Purves, D., Augustine, G.J., Fitzpatrick, D., et al. (2001). “Neuroscience.” Sinauer Associates.
                3. Ramón y Cajal, S. (1995). “Histology of the Nervous System of Man and Vertebrates.” Oxford University Press. (Originally published in 1911).
                4. Alexander, G.E., DeLong, M.R., & Strick, P.L. (1986). “Parallel organization of functionally segregated circuits linking basal ganglia and cortex.” Annual Review of Neuroscience, 9, 357-381.
                5. Buckner, R.L., Krienen, F.M., Castellanos, A., Diaz, J.C., & Yeo, B.T.T. (2011). “The organization of the human cerebellum estimated by intrinsic functional connectivity.” Journal of Neurophysiology, 106(5), 2322-2345.
                6. Catani, M., & Mesulam, M. (2008). “The arcuate fasciculus and the disconnection theme in language and aphasia: history and current state.” Cortex, 44(8), 953-961.
                7. LeDoux, J. (2000). “Emotion circuits in the brain.” Annual Review of Neuroscience, 23, 155-184.
                8. Schmahmann, J.D. (1996). “From movement to thought: anatomic substrates of the cerebellar contribution to cognitive processing.” Human Brain Mapping, 4(3), 174-198.

                Click here to display content from YouTube.
                Learn more in YouTube’s privacy policy.

                Open "This Is What Connects Both Sides of Your Brain | The Corpus Callosum" directly

                Yayım tarihi

                Dopamin Nedir ve Bağımlılıklarımızın Sorumlusu Dopamin mi?

                Birçok araştırmacı insan beynini, diğer hayvanlardan ayıran en önemli farkların beynimizin nöral dokusunun dış katmanı olan serebral korteksimizin büyüklüğü ve karmaşası olduğu noktasında hem fikir. Dolayısıyla da, evrimin bu şaheserinin mental yaşamımızı eşsizleştirdiğini düşünerek dikkatimizi bu alana odaklama eğilimindeyiz.

                Fakat ne var ki; insanlar ve diğer hayvanlar arasındaki neredeyse tamamen aynı olan; örneğin; diğer beyin hücreleriyle iletişim kurmak için dopamin kimyasalını kullanan küçük bir grup beyin hücresi gibi, bazı parçaları gözardı ediyoruz.

                Ödüllendirici Bir Deneyim

                Dopamin, genellikle beynin “haz kimyasalı” olarak tanımlanır, fakat esasında oldukça fazla sayıda fiziksel ve mental işlemlerde görev alır. Orta beyindeki bir nöron kümesi tarafından diğer nöronlara mesaj taşımada da dopamin kullanılır. Dopamin nöronları sayıca çok azdırlar (beyindeki nöronların yaklaşık %0.0006’sı kadar) ve bütün memelilerde, hatta kaplumbağalar gibi bazı “basit” hayvanlarda da görülür.

                1950lerde araştırmacılar, sıçanlar üzerinde yürüttükleri bir çalışmada dopamin nöronlarını ön beyindeki hedeflerine bağlayan bir sinir demetinin uyarımıyla sıçanların zevk aldıklarını gözlemlediler. Bu tarz bir uyarım için sıçanlar, kendi başlarına bırakıldıklarında bir kolu hareket ettirmeyi öğrenebildiler ve bunu günde binlerce kez yapabildiler.

                Etik açıdan tamamen sorunlu benzer bir deney ise 1970 yılında insan üzerinde yapıldı. Tıpkı sıçanlardaki gibi, hasta dopamin sinir demetini uyarmak için bir butona basmayı öğrendi ve 3 saatlik bir seans boyunca butona yaklaşık 1500 defa bastı, uyarılma sırasında hastanın aldığı haz  araştırmacılar tarafından rapor edildi.

                Bu tarihten itibaren de, yapılan çalışmalar, dopamin sisteminin çok çeşitli haz verici deneyimlerle (örneğin; yemek yemek, seks yapmak, intikam almak, video oyunlarında kazanmak, müzik dinlemek, para kazanmak ve karikatür dergileri okumak gibi) aktive edilebileceğini ortaya koydu. Öte yandan dopamin sistemi aynı zamanda da uyku ilaçları, alkol ve kokain gibi uyuşturucu bağımlıklarına da güçlü bir biçimde cevap veriyor. Bu uyuşturucular, doğal ödüllerin yarattığı etkiden çok daha fazlasını yaratabiliyorlar ve doğal ödüllerden farklı olarak doyumsuzluğa sebep olabiliyor.

                Bu gerçeklerin doğrudan izahını şu şekilde yapabiliriz: Dopamin sistemi beyindeki haz yoludur. Bu da; insanlar ve diğer hayvanların neden butona ya da kola basarak dopamin nöronlarını aktive etme istekliliği gösterdiklerini potansiyel olarak açıklayabilir.  Öte yandan bazı uyuşturucuların neden bu kadar bağımlılık oluşturduklarına dair de bir izah geliştirebilir. Uyuşturucuların sebep olduğu güçlü ve uzun süreli aktivasyon bu maddelerin bir “süper ödül” gibi davranmalarına ve daha fazla arzu edilir olmalarına sebep olabilir.

                Ancak, motivasyon değişimleri, uyarılma, dikkat, duygu ve öğrenmeyi de içeren birçok mental olay da ödüle yakın bir zamanda meydana gelir. Örneğin, tatlı bir gıda (şeker, dondurma vb.) veren bir otomatın yanından geçişinizi hayal edin. Eğer açsanız, dikkatiniz makineye yönelecektir ve makineye yaklaştıkça daha da uyarılmış bir hale geleceksiniz. Tatlıyı bir kez yediğinizde, haz duyarsınız, açlık hissiniz azalır ve burada beyniniz otomatı bir ödülle ilişkilendirmeyi öğrenir. İşte dopamin sistemi yalnızca tek bir hazdan ziyade birçok sürecin yer aldığı bir sistemdir. Otomata yaklaşmanız, tatlıyı yemeniz, açlık hissinizin azalması ve öğrenmenin gerçekleşmesi hepsi birer dopamin sistemi sürecidir.

                İradeye Karşı Dopamin

                En önemli dopamin fonksiyonlarından biri de öğrenmedir. Araştırmacılar; ödüle ilişkin beklentilerin gerçeklikle uyuşmadığı anlarda dopamin nöronları aktivasyon değişimi gösteriyor ve öğrenmeye sebep olan bir “ödül tahmin hatası” sinyali veriyor. Örneğin; öngörülmeyen ödüllerle dopamin nöronları aktive oluyor ancak beklenen ödüller gelmediğinde baskılanıyorlar.

                Beyindeki dopamin yolu / Credit: Pöppel et al./BioMed Central

                Beyindeki dopamin yolu / Credit: Pöppel et al./BioMed Central

                Dopamin aktivasyonunun artışını getiren olaylar; ödülle, dopamin azalmasına sebep olan olaylar ise; hayal kırıklığı ile ilişkilendirilir. Eğer çevre değişmiyorsa, yapmanız gereken beyninizin dopamin nöronlarını aktive eden ödül ilişkili eylemlerle uğraşmak ve dopamini baskılayan eylemlerden kaçınmaktır.

                Kimyasal Bir Öğretici mi?

                Dopamin aktivasyonunun neden olduğu öğrenmeye dair fazlasıyla farkındalık sahibi olmamız pek muhtemel değildir, örneğin; farkında olmadan dopamin aktivasyonu ile ilişkilendirdiğimiz şeylere bağlı hale gelmek gibi. Bu farkındalık eksikliği insanların neden sıklıkla gerçekçi olmayan ya da uyumsuz seçimler yaptığına dair bir açıklama getirebilir.

                Peki beyin araştırmaları, bağımlılıkta dopamin etkilerinin üstesinden gelmede kullanılabilir mi? Sinirbilimciler bağımlılıkta dopamin nedenli öğrenmeyi engelleyecek ilaçların bulunabilmesi için iz sürmeye devam ediyorlar. Ancak sınırlı bir başarı elde etmiş durumdalar, çünkü dopaminin, motive ve mutlu hissetme gibi diğer fonksiyonlarını engellemeden yalnızca öğrenme fonksiyonunu engelleyecek bir ilacı üretebilmek oldukça zor bir iş.

                Bağımlılığın ardındaki bütün hikaye dopamin nedenli öğrenme değildir, fakat bu durum; bağımlılığın, insanın kendi muhakemesiyle üstesinden gelebileceği bir şey olup olmadığını göz önünde bulundurmamız gerektiğini ortaya koyuyor. Aynı şey, iradenin başarısız kaldığı –örneğin; aşırı yemek yemek gibi– diğer gündelik eylemler için de uygulanabilir.

                Evrimin yarattığı serebral korteksimizin eşsizliği bu eylemlerde kontrolü ele alabilir, fakat birincil dopamin sistemimiz buna öğretmenlik yapabilir.

                Kaynaklar:

                • Bilimfili,
                • Flemin, S. “What Does Dopamine Actually Do?” Psychology Today. https://www.psychologytoday.com/blog/the-hidden-mind/201212/what-does-dopamine-actually-do (Accessed on 2016, July 21)
                • Fehlhaber, K. “The Reward Pathway Reinforces Behavior.” Knowing Neurons. http://knowingneurons.com/2012/10/31/the-reward-pathway-reinforces-behavior/ (Accessed on 2016, July 21)
                • Bowman, E. (University of St Andrews) “Explainer: what is dopamine – and is it to blame for our addictions?” TheConversation. https://theconversation.com/explainer-what-is-dopamine-and-is-it-to-blame-for-our-addictions-51268 (Accessed on 2016, July 21)
                • Wolfram Schultz, Peter Dayan, P. Read Montague A Neural Substrate of Prediction and Reward SCIENCE z VOL. 275 z 14 MARCH 1997
                Yayım tarihi

                Sigarayı Bırakmaya Hazırlanırken Beynin Yapısı Değişiyor

                Geçtiğimiz aylarda Duke Üniversitesi Tıp Fakültesi’nde yapılan bir araştırmada, sigarayı bırakabilen tiryakilerin bu başarılarında beyin donanımlarının payı olabileceği anlaşıldı. Sonuçları Neuropsychopharmacology dergisinde yayımlanan bir makale ile paylaşılan çalışmadan elde edilen bulgulara göre, sigarayı bırakmaya çalışıp bırakamayanlara kıyasla, bırakabilen kişilerin beyinlerindeki belli bölgeler arası bağlantıların daha yoğun olduğu saptandı.

                Araştırmacılar 85 kişinin sigarayı bırakma çabasına girmeden 1 ay önce çekilmiş MR görüntülerini inceledi. Katılımcıların tümü sigarayı bıraktı ve ekip tarafından süreç 10 hafta boyunca takip edildi. 41 katılımcı tekrar sigaraya başladı. Kesin olarak sigarayı bırakan diğer 44 kişinin beyin taramalarını inceleyen bilimciler, bu kişilerin sigarayı bırakmadan önce ortak bir noktalarının olduğunu fark etti: İstek ve arzuların bölgesi olan insula ile dokunma duyusu ve hareket kontrol merkezi olan somatosensoriyel korteks arasındaki eşzamanlılık (koordineli etkinlik) daha iyi durumdaydı.

                “Basitçe anlatmak gerekirse, insula beynin diğer bölümlerine mesaj gönderiyor ve bunun ardından bir sigara alıp almamak konusunda karar veriliyor,” diyor makalenin baş yazarı Dr.Merideth Addicott. Serebral korteksteki büyük bir bölge olan insula, pek çok sigara bırakma araştırmasına konu olmuş ve tiryakilerin canı sigara istediğinde, beynin bu bölgesinin aktifleştiği keşfedilmiştir. Ayrıca insula bölgesi hasarlanan tiryakilerin de birdenbire sigaraya ilgilerini yitirdikleri gözlemlenmiştir.

                “Sigara tiryakiliğinde insula’nın kilit yapı olduğu ve özellikle insula’nın işlevini düzenleyen sigara bıraktırma araçları geliştirmek gerektiği konusunda görüş birliği var. Peki ama insula’yı nasıl ve kim üzerinde düzenleyebilliriz? Elimizdeki veri bu iki açıdan bazı kanıtlar sunuyor ve insula ile somatosensoriyel korteks arası bağlantıyı hedef almanın iyi bir strateji olabileceğine işaret ediyor,” diyor ekipten Dr.Joseph McClernon.

                Depresyon tedavisinde kullanılan sinirsel geri bildirim ve kafatasından manyetik uyarma teknikleri, beyin etkinliğini düzenleyen yöntemler arasında bulunuyor. Bu çalışmada elde edilen bulgular sayesinde araştırmacılar artık incelemeyi nerede yoğunlaştıracaklarını biliyor. “Plan elimizde,” diyor McClernon. “Eğer tiryakilerde bu iki beyin bölgesi arasındaki iletişimi artırabilirsek, sigarayı bırakmayı başarabilenlerinkine benzetebilirsek, iyi bir başlangıç olabilir. Ayrıca bu iki bölge arası bağlantıların tam olarak nasıl başarı olasılığını yükselttiğini de anlamamız gerek.”

                150513093356_1_900x600
                Grafikte beyin etkiniği, katman katman görülüyor. Renklendirilmiş bölgeler insula’daki ortalama işlevsel bağlantıyı temsil ediyor. Üst sırada sigarayı başarıyla bırakan 44 kişinin ortalama bağlantıları, alt sırada ise bırakamayanların durumu görülüyor. Telif: Duke Medicine

                Kaynak:

                • Bilimfili,
                • News Wise, “Brains of Smokers Who Quit Successfully Might Be Wired for Success”
                  < http://www.newswise.com/articles/brains-of-smokers-who-quit-successfully-might-be-wired-for-success >

                İlgili Makale: Merideth A Addicott, Maggie M Sweitzer, Brett Froeliger, Jed E Rose and Francis J McClernon Increased Functional Connectivity in an Insula-Based Network is Associated with Improved Smoking Cessation Outcomes Neuropsychopharmacology (21 April 2015) | doi:10.1038/npp.2015.114

                Kapak Görsel: Shutterstock / PEPPERSMINT

                Yayım tarihi

                Beynimizi Özel Yapan Nedir?

                İnsan beyni eşsizdir. Bilişsel kapasitemizin şaşırtıcılığı; tekeri icat etmemize, piramitleri inşa etmemize ve ay yüzeyine inebilmemize olanak sundu. Bilim insanları; insan beyninin bu dikkate değer yanını kimi zaman “evrimin başat başarısı” olarak taçlandırır.

                Fakat, tam olarak beynimizi eşsiz yapan nedir? Önde gelen bazı görüşler; beynimizin, boyutu göz önüne alındığında daha fazla nöron sahibi olduğu ve daha fazla enerji sarfettiğini, yüksek biliş seviyesinden sorumlu serebral korteksimizin orantısız bir biçimde büyük olduğunu (toplam beyin kütlemizin %80’inden fazlası) referan gösteriyor.

                Ancak son yıllarda yapılan çalışmalar, eşsiz bir nöron sayma yöntemiyle ( beyni homojen bir karışımda çözerek) bu yerleşik düşünceleri çürüttüler. Beyin Çorbası ismi verilen bu teknik ile araştırmacılar; beyin büyüklüğümüze oranla nöron sayımızın diğer primatlarla tutarlı olduğu ve yüksek bilişten sorumlu serebral korteksimizin de beynimizdeki bütün nöronların yalnızca %20’sini barındırdığı, bunun da diğer memelilerle hemen hemen aynı oran olduğu bulgusuna eriştiler. Bu bulgular ışığında, bilim insanları insan beyninin esasında; pişmiş gıdalar sayesinde daha fazla kalori tüketmeye başlamamızla birlikte bir primat beyninin büyümesiyle doğrusal ölçekteolduğunu ileri sürüyorlar.

                Bazı araştırmacılar ise; yalnızca insan beynine özgü olduğu düşünülen özelliklerin hayvanlar aleminin diğer üyelerinde de var olduğu bulgusuna ulaştılar. Örneğin; maymunlar da adalet duygusuna sahiptirler. Fareler defedakârlık ve empati gösteriyorlar. Geçtiğimiz aylarda Nature Communications ‘da yayımlanan bir çalışmada bilim insanları, makaklar ve insanların dilin temel yapılarını işlemeden sorumlu ortak beyin bölgeleri olduğu bulgusuna ulaşmıştı.

                Her ne kadar beyinimizin özel olduğuna dair ileri sürülen gerekçelerin bazıları çürütülmüş olsa da, birçok yönden farklılık gösteriyoruz. Bu farklılıklar da genlerimizde ve çevreye uyum sağlama yetimizde yatıyor. Yapılan iki yeni çalışma tartışmaya yeni bakış açıları sağlıyor.

                Eşsiz Genetik İşaretler

                Genetik düzeyde, insanlar diğer hayvanlarla benzerdir. DNA’mızın %90’ından fazlası; şempanzeleri, bonobolaro ve gorilleri içeren yakın akrabalarımızla ortaktır. Öte yandan fareler ve insanlar; aynı olan birçok geni paylaşırlar(bu yüzden fareler birçok insan hastalığının tedavisi çalışmalarında model olarak kullanılır). Ancak son yıllarda yapılan çalışmalar, özel protein kodlayan bazı DNA kesitlerinin  insanlar ile diğer hayvanlar arasında biraz farklılık gösterebileceğini ortaya çıkardı.

                Daha sağlam veriler toplayabilme tekniklerinin gelişmesi insan beyni ile diğer türler arasındaki nüansların çözülebilmesine olanak sunuyor. Örneğin, Allen Institute for Brain Science ‘dan bilim insanları  yetişkin fare ve insan beynini de içeren çeşitli türlerin binlerce gen ekspresyonunun detaylı bir atlasını geliştirdiler. Geçtiğimiz haftalarda Nature Neuroscience’da yayımlanan bir çalışmada araştırmacılar, insan populasyonunda da ortak olan gen ekspresyonu örgülerine bakma için bu veri setlerini kullandılar. Araştırmada altı bireyde 132 beyin bölgesinde ortak olan 20.000 genin 32 benzersiz işaretini tanımladılar (haritayı buradan inceleyebilirsiniz.) Bu özgün genetik kod bizim insan özellikleri göstermemize neyin sebep olduğuna dair bir açıklama sağlayabilir.

                Araştırmacılar insanlar ile fareleri karşılaştırdıklarında, nöronlarla ilişkili genlerin türler arasında oldukça iyi korunmuş olmasına karşın, gliyal hücrelerle –geniş bir görev çeşitliliğine sahip nöronal olmayan hücreler–ilişkili genlerin böyle olmadığını gördüler. Öte yandan, gliya ile ilişkili gen örgüsünün Alzheimer gibi beyin hastalıklarını kapsayan genlerle örtüştüğü bulgusuna erişildi. Bu bulgular da uzunca bir süredir beynin destek hücreleri olduğu düşünülen gliyal hücrelerin aslında hastalıkta ve gelişimde önemli bir role sahip olduğunu ortaya çıkaran çalışmalara güncel desteler sunuyor.

                Bu bulgu aynı zamanda beynin plastisitesine dair bir başka önemli çıkarıma da sahip olabilir; gliya beynin şekillenmesinde önemli bir role sahip. Ancak bu durumun yalnızca insanlara özgü mü, yoksa diğer primatlarda da görülüp görülmediği noktasında daha fazla analize ihtiyaçları var.

                Maymundan İnsana

                Plastisite eşsiz bilişsel yetilerimize sebep olan beynimizdeki özel farklılıkların altında yatan şey olabilir. Geçtiğimiz aylarda Proceedings of the National Academy of Sciences ‘da yayımlanan bir çalışmada; insan beyninin genetik olarak daha az kalıtsal olabileceği ve böylelikle de yakın akrabalarımız olan şempanzelerden daha fazla plastik özellikte olabileceği ileri sürülüyor.

                Yapılan bu çalışmada, 218 insan ve 216 şempanze beyninde genlerin beyin büyüklüğü ve organizasyonuna etkileri karşılaştırıldı. Çalışma sonunda beyin büyüklüğünün her iki türde de büyük oranda kalıtsal olduğu, serebral korteks organizasyonunun ise  insanlarda şempanzelere kıyasla genetik olarak daha az kontrol edildiği bulgusuna ulaşıldı. Doğum anında beynimizin diğer primat kuzenlerimize kıyasla daha az gelişmiş olması ve bu durumun da bizler için çevremizin şekillendirdiği uzun bir süreci yaratması bu farklılığın muhtemel bir açıklaması olabilir.

                Sonuç olarak; faklılığın temelinde yatan şeyin tam olarak ne olduğunu belirleyebilmek için daha fazla araştırmaya ihtiyacımız var. İnsanlar ile diğer memeliler ve apelerin ortak özelliklerine dair bilmediğimiz çok şey var.

                Kaynak:

                1. Bilimfili,
                2. What Makes Our Brains Special? ScientificAmerican MIND. (2015, November 24)
                3. Suzana Herculano-Houzel The human brain in numbers: a linearly scaled-up primate brain Front. Hum. Neurosci., 09 November 2009 | http://dx.doi.org/10.3389/neuro.09.031.2009
                4. Sarah F. Brosnan & Frans B. M. de Waal Monkeys reject unequal pay Nature 425, 297-299 (18 September 2003) | doi:10.1038/nature01963; Received 14 May 2003; Accepted 23 July 2003
                5. Nobuya Sato , Ling Tan, Kazushi Tate, Maya Okada Rats demonstrate helping behavior toward a soaked conspecific Animal Cognition September 2015, Volume 18, Issue 5, pp 1039-1047 First online: 12 May 2015
                6. Benjamin Wilson, Yukiko Kikuchi, Li Sun, David Hunter, Frederic Dick, Kenny Smith, Alexander Thiele, Timothy D. Griffiths, William D. Marslen-Wilson & Christopher I. Petkov Auditory sequence processing reveals evolutionarily conserved regions of frontal cortex in macaques and humans Nature Communications 6, Article number: 8901 doi:10.1038/ncomms9901 Received 23 April 2015 Accepted 14 October 2015 Published 17 November 2015 Article tools
                7. Madissoon E, Töhönen V, Vesterlund L, Katayama S, Unneberg P, Inzunza J, Hovatta O, Kere J. Differences in gene expression between mouse and human for dynamically regulated genes in early embryo. PLoS One. 2014 Aug 4;9(8):e102949. doi: 10.1371/journal.pone.0102949. eCollection 2014.
                8.  Michael Hawrylycz, Jeremy A Miller, Vilas Menon, David Feng, Tim Dolbeare1, Angela L Guillozet-Bongaarts, Anil G Jegga, Bruce J Aronow, Chang-Kyu Lee, Amy Bernard, Matthew F Glasser, Donna L Dierker, Jörg Menche, Aaron Szafer, Forrest Collman, Pascal Grange7, Kenneth A Berman8, Stefan Mihalas, Zizhen Yao1, Lance Stewart, Albert-László Barabási, Jay Schulkin, John Phillips1, Lydia Ng, Chinh Dang, David R Haynor, Allan Jones, David C Van Essen, Christof Koch & Ed Lein Canonical genetic signatures of the adult human brain VOLUME 18 | NUMBER 12 | DECEMBER 2015 nature neurOSCIenCe Received 22 August; accepted 16 October; published online 16 November 2015; doi:10.1038/nn.4171
                9. S. Ben Achour, O. Pascual Glia: The many ways to modulate synaptic plasticity Neurochemistry International Volume 57, Issue 4, November 2010, Pages 440–445 Glia as Neurotransmitter Sources and Sensors doi:10.1016/j.neuint.2010.02.013
                10. Aida Gómez-Robles, William D. Hopkinsc,d, Steven J. Schapiroe, and Chet C. Sherwood Relaxed genetic control of cortical organization in human brains compared with chimpanzees Proceedings of the National Academy of Sciences vol. 112 no. 48 > Aida Gómez-Robles, 14799–14804, doi: 10.1073/pnas.1512646112
                Yayım tarihi

                İnsan Gibi Öğrenen Makineler

                Nesne tanıma sistemleri oldukça ilerledi; hele Facebook’un yüz tanıma algoritmaları korkutucu derecede iyi. Bu sistemler, insanların nesneleri tanımayı öğrenişinden farklı biçimde, tipik olarak milyonlarca görsel örnekkullanılarak geliştirilir. Bir insan ise bir nesnenin iki-üç resmini gördüğünde, genellikle o nesnenin yeni örneklerini tanıyabilir duruma gelir.

                Dört yıl önce, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü Beyin Araştırma Bölümü’nden Tomaso Poggio’nun ekibi, görsel temsil için yeni bir bilgisayar modeli üzerinde çalışmaya başladı. Amaçları, beynin tam olarak ne yaptığınıanlayabilmekti. Ekip, Theoretical Computer Science dergisinde yayımlanması için geçtiğimiz günlerde hazırladıkları makalelerinde, geliştirdikleri modeli temel alan bir makine öğrenimi sisteminin, sadece birkaç örneğe dayanarak son derece başarılı nesne tanımlamaları yapabildiğini gösteriyor.

                Araştırmacılar ayrıca hem bu son makalelerinde, hem de geçtiğimiz Ekim ayında PLOS Computational Biologydergisinde yayımladıkları makalelerinde, beynin işleyişine ilişkin eldeki kanıtların modelleri ile gayet uyumlu olduğunu da belirtiyorlar.

                “Eğer bana yüzünüzün belli bir uzaklıktan çekilmiş bir resmini gösterseler ve daha sonra ben sizi farklı bir uzaklıktan görsem, görüntü resimdekinden farklı olur ve basit karşılaştırma yöntemleri işe yaramaz. Bu durumda ya çok fazla sayıda örnek resme gerek vardır; yani yüzünüzü tüm olası pozisyonlarda görmüş olmalıyımdır ya da nesnenin değişmez bir temsilini bulmak gerekir,” diyor Prof. Poggio.

                Bir nesnenin değişmez temsilinin boyut değişimine, konum değişimine ve dönmeye karşı bağışıklı olması, bu değişimlerden etkilenmemesi gerekir. Bilgisayar görüş araştırmacıları değişmez nesne temsili için çeşitli teknikler önermişti, fakat Poggio’nun grubunun çalışması beynin işleyiş mekanizması ile uyumlu bir değişmez temsil bulması bakımından ayrıca önem taşıyor.

                Sinirler Neyi Hesaplıyor?

                Sinir hücreleri, yani nöronlar uçları dallanan uzun ve ince yapılı hücrelerdir. Görsel işlemenin yapıldığı beyin kabuğunda (İng. cerebral cortex), herbir nöronun her ucunda yaklaşık 10.000 dallanma bulunur.

                Böylece iki kabuk nöronu (İng. cortical neuron) birbirleri ile sinir kavşağı (sinaps [İng. synapse]) adı verilen 10.000 ayrı kimyasal eklem üzerinden iletişim kurar. Her sinir kavşağının kendi “ağırlığı” (gelen sinyalin gücünü katlayan bir çarpan) vardır. 10.000 sinir kavşağının hepsinden geçen sinyaller, nöronun bedeninde biraraya getirilir. Uyarım desenleri ve elektriksel etkinlik, zaman içinde sinir kavşaklarının ağırlıklarını değiştirir; bu kökleşmiş alışkanlıkları ve anıları oluşturan mekanizmadır.

                Öte yandan, matematiğin lineer cebir dalındaki anahtar işlemlerden biri nokta (skaler) çarpımdır. Bu işleme girdi olarak iki sayı dizisi (veya iki vektör) verilir, bunların elemanları belli bir düzende çarpılır ve ortaya tek bir sayıbiçiminde bir sonuç çıkar. Dolayısıyla, beyin kabuğunda bulunan tek bir nöral devrenin çıktısını, 10.000 değişkenli iki vektörün nokta çarpımı olarak düşünebiliriz. Bu büyük çaplı işlemi, beyindeki her bir nöron her an yapar.

                Poggio’nun grubu, nokta çarpımlara dayanan değişmez nesne temsilleri geliştirmiş bulunuyor. Bir düzlemde 360 derecelik dönme yapan bir nesnenin minik bir dijital filmini çektiğinizi varsayın. Örneğin 24 karelik olsun ve herbir kare bir öncekinden birazcık daha dönmüş durumu göstersin. Filmi 24 tane fotoğraf biçiminde depolamış oluyorsunuz.

                Ardından tanımadığınız bir nesnenin dijital resmini size gösterdiklerini farz edin. Söz konusu resim piksellerin renk değerlerine karşılık gelen bir dizi sayı (bir vektör) olarak yorumlanabileceğinden, filminizin karelerinin herbiri ile nokta çarpımlarını alabilir ve sonuçta 24 sayılık bir dizi elde edebilirsiniz.

                Değişmezlik

                Şimdi de aynı nesnenin bir öncekine göre 90 derecelik dönme yapmış halinin resmini alın. Elinizdeki 24 kare ile bunun nokta çarpımını hesaplayın. Yine aynı 24 sayıyı elde edersiniz, fakat sıralamaları farklı olur. Örneğin ilk kare ile yapılan çarpımdan elde edilen sonuç, bu kez altıncı kare ile yapılan çarpımın sonucu olarak çıkabilir. Ama sonuçta elde aynı 24 sayı olur.

                O halde bu sayı listesi, yeni nesnenin dönme altından değişmezliği olan bir temsilidir. Bir nesneyi dönerken değil de boyutu değişirken veya konumu değişirken filme alarak elde edeceğiniz film kareleri de, sırasıyla boyut ve konum değişmezliği olan nokta çarpım listeleri verecektir.

                Poggio ve meslektaşları son makalelerinde dönme, boyut ve konum değişmezliği olan bir nesne temsili üretmek amaçlandığında, en uygun kalıbın Gabor filtreleri olarak bilinen görüntüler kümesi olduğunu gösterdi. Beyin kabuğundaki görsel işleme hücreleri tarafından yapılan görüntü işleme operasyonları için de Gabor filtreleri iyi bir tanım sunuyor.

                Üç Boyut

                Bu teknik bir düzlem üzerindeki görsel değişimlerde iyi çalışsa da, üç boyutlu dönme olduğunda pek iyi iş görmüyor. Yani bir arabanın karşıdan çekilmiş fotoğrafı ile yandan çekilmiş fotoğraflarının ortaya çıkaracağı sonuçlar çok farklı oluyor.

                Bununla birlikte araştırmacılar, eğer yeni nesne olarak filmdeki ile aynı tip nesne kullanılırsa , nokta çarpımların yeterince değişmez tanımları hala verebildiğini de gösterdiler. Bu gözlem, Nancy Kanwisher ve başka araştırmacılar tarafından yapılmış olan ve görsel işleyen beyin kabuğu bölümlerinin , belli nesne sınıfları için uzmanlaşan bölümleri olduğuna işaret eden araştırmaları ile örtüşüyor.

                Ekip, PLOS Computational Biology dergisinde yayımlanan makalelerinde, nokta çarpım algoritmasını kullanarak binlerce rastgele nesneyi sınıflandırmayı öğrenen bir bilgisayar sistemi tasarladıklarını anlatıyor. Öğrendiği her nesne sınıfı için sistem bir şablonlar kümesi üretiyor. Bu şablonlar, insan beyninin görsel işleyen bölümünde karşılık gelen sınıflara ayrılan bölgelerin boyutunu ve çeşitliliğine ilişkin öngörü yapıyor. Bu da, araştırmacalara göre, beyin ile kendi yapılandırdıkları sistemin benzer birşeyler yaptığına işaret ediyor.

                Ekibin değişmezlik hipotezi, Caltech profesörlerinden Christof Koch’a göre geleneksel makine öğrenimi ile primat görsel sistemi arasındaki büyük boşluğa kurulan güçlü bir köprü. “Eğer varolan doğal zeki sistemleri anlayacaksak, güçlü yapay zeka sistemlerinin yapılandırılmasına giden yolda bu gibi zarif matematiksel çerçeveler gerekecek,” diye ekliyor.

                 

                Kaynak:

                • Bilimfili,
                • Massachusetts Teknoloji Enstitüsü, “Machines that learn like people”
                  < http://news.mit.edu/2015/algorithms-recognize-objects-few-examples-1223 >

                Referans Makaleler:

                • Fabio Anselmi et al. Unsupervised learning of invariant representations, Theoretical Computer Science (2015). DOI: 10.1016/j.tcs.2015.06.048
                • Joel Z. Leibo et al. The Invariance Hypothesis Implies Domain-Specific Regions in Visual Cortex, PLOS Computational Biology (2015). DOI: 10.1371/journal.pcbi.1004390
                Yayım tarihi

                Beyin Aktivitesini Analiz Ederek Konuşma Tanıma

                Konuşma, insanın serebral korteksinde üretilir. Konuşma süreçleriyle ilişkili olan beyin dalgaları direkt olarak korteksin yüzeyine yerleştirilen elektrotlarla kaydedilebilir. Bu dalgaların kaydedilmesiyle kesilmeden devam eden bir konuşmanın temel birimlerinin, sözcüklerinin tekrardan kurulabileceği ve cümlelerinin tamamlanabileceği gösterildi. KIT ve Amerika’daki Wadswarth Merkezi’ndeki araştırmacılar “Brain-to-Text” sistemlerini Frontiers in Neuroscience adlı bilimsel dergide sundu.

                Elektrokortikografi ile kaydedilen beyin aktivitesi (mavi noktalar). Aktivite örüntülerinden (mavi/sarı) konuşulan sözcükler tanınabiliyor. Fotoğraf: CSL/KIT
                Elektrokortikografi ile kaydedilen beyin aktivitesi (mavi noktalar). Aktivite örüntülerinden (mavi/sarı) konuşulan sözcükler tanınabiliyor.
                Fotoğraf: CSL/KIT

                KIT’in Bilişsel Sistemler Laboratuvarı’ndan ekibiyle birlikte bu çalışma sürdüren Tanja Schulz, “Uzun zamandır, insanların beyin dalgaları vasıtasıyla makinelerle iletişim kurup kuramadığı tartışılıyordu” diyor ve ekliyor: “Bu istikamette atılan en büyük adım olan sonuçlarımız hem tek başlarına konuşma seslerinin hem de kesintiye uğratılmayan konuşma cümlelerinin beyin aktivitesinden tanınabileceğini gösteriyor.”

                Bu sonuçlar bilişim, sinirbilim ve tıp alanlarından araştırmacıların disiplinlerarası ortaklığı sayesinde elde edildi. Karlsruhe’de sinyal işleme ve otomatik konuşma tanıma yöntemleri geliştirildi ve uygulandı. Doktora çalışmaları esnasında Brain-to-Text sistemini geliştiren Christian Herff ve Dominic Heger, “Konuşmanın beyin aktivitesinden deşifre edilmesinin yanı sıra modellerimiz, konuşma süreçlerinde aktif olan beyin bölgelerinin ve bunların birbirleriyle olan etkileşiminin detaylı analizini sunuyor” dedi. Bu sistem, kesintiye uğramadan devam eden konulmayı deşifre eden ve onu metinsel olarak gösterimleyen ilk sistemdir. Bu amaçla kortikal bilgi, dilbilimsel bilgi ve makine öğrenme algoritmalarıyla birleştirilerek en muhtemel olan sözcük dizilerini seçiyor. Şu anda, Brainto- Text işitsel konuşmayı temel alıyor. Ancak bu sonuçların elde edilmiş olması, düşünceden konuşmayı tanımak için atılmış önemli bir adımdır.

                Amerika’da, araştırmaya klinik tedavileri devam ederken gönüllü olarak katılan 7 epilepsi hastasının beyin aktivitesi kaydedilmiştir. Bir elektrot dizisi hastaların nörolojik tedavisi için serebral korteksin yüzeyine yerleştirilmişti (Elektrokortikografi (EKoG)). Hastalar örnek metinleri sesli bi şekilde okurken EKoG sinyalleri yüksek çözünürlükle kaydedildi. Daha sonra, Karlsruhe’deki araştırmacılar Brain-to-Text’i inşa edebilmek için veriyi analiz etti. Temel bilimin ve beyindeki kompleks konuşma süreçlerini anlamanın yanı sıra Brain-to-Text, gelecekte şuurunu kaybetmemiş fakat vücudu tamamen felç olan hastalarla iletişim kurabilmek için de önemli bir adım.
                Brain-to-Text’in işleyişi üzerine bir video;

                Kaynak:

                1. Bilimfili,
                2. Science Daily “Speech recognition from brain activity” 
                3. Christian Herff, Dominic Heger, Adriana de Pesters, Dominic Telaar, Peter Brunner, Gerwin Schalk, Tanja Schultz. Brain-to-text: decoding spoken phrases from phone representations in the brain. Frontiers in Neuroscience, 2015; 9 DOI: 10.3389/fnins.2015.00217
                Yayım tarihi

                “Sesi Duydun mu?” Beynimiz Çok Zayıf Sinyallerin Doğrulamasını Nasıl Yapıyor?

                Koluma bi damla düştü sanki, yağmur mu yağıyor? Sigara dumanı kokusu mu alıyorum? Telefonum mu titredi? Sesi duydun mu?

                Duyularımız sürekli olarak zayıf sinyaller alır ve bu durum da bizi olayı anlamlandırmak için meraka sürükler.

                John Hopkins University’den sinirbilimci Daniel O’Connor; algıladıklarımızın her zaman dış dünyada aslında gerçekleşen şeyler olmayabileceğini söylüyor. Algılarımız içinde bulunduğumuz kontekse bağlı olarak değişkenlik gösterebilir.

                Örneğin dokunma duyumuzu ele alalım.Bilim insanları yapılan deneyler neticesinde; eğer hayvanlara çok küçük bir dokunuşta bulunursanız, bazen bunu fark ettiklerini bazen de fark etmediklerini ortaya koymuşlardı. Söz konusu dokunuş ölçülmüş ve şiddeti daima sabit tutulmuştur, bu yüzden deri reseptörlerinden sinir sisteminin kalan kısmı boyunca gerçekleşen yolculuğun bir noktasında bir şey meydana gelmiş olmalı ve bu durum duyusal bilginin beyin tarafından algılanmasını ya da belirli biçimlerde karşılık bulmasına olanak tanımıştır.

                Nature Neuroscience ‘da 7 Aralık’ta yayımlanan çalışma; bu müdahalenin ilk etapta dokunuşu kaydeden deri sensörlerinde meydana gelmediğini, ancak serebral korteksteki bütün yol boyunca oluştuğunu ortaya koydu. Şaşırtıcı bir biçimde, beynin duyusal bilgiyi işleyen ve hissettiğimiz şeyin ne olduğuna karar veren bölgesi bütün dokunuşların hepsini algılamıyor ama daha üst bir bölge tarafından yönlendiriliyor.

                O’Connor; belirsiz bir uyaran aldığımızda, daha üst bir beyin bölgesinden gelen sinyallerin farelerin –bizde de aynı çıkarım yapılıyor– ne algıladıklarını belirlediğini söylüyor.

                Beynimizin zayıf sinyalleri nasıl işlediğini araştırmak için, O’Connor ve ekibi; fareleri bıyıklarına hafifçe dokunulduğunu hissettilerinde bir emziği yalamaları için eğittiler. Emzik yalnızca araştırmacılar kemirgenlerin bıyıklarını hafifçe çektiğinde bir damla su bırakıyor.

                Daha sornasında araştırmacılar farelerin bıyıklarına çok çok hafif biçimde dokunarak deneyi tekrarladılar. Fareler bazen dokunuşu fark ettiler ve emziği yaladılar, bazen de bu dokunuşları hiç fark etmediler. Bıyık dokunulmasına tepki verdikçe ya da vermedikçe, araştırma ekibi bıyıktan başlayarak yansımaları ve bıyığın mekanik sapmalarını kaydederek farelerin nöron aktivitelerini okudular. O’Connor bu bölgelerin duyusal işleme zincirinin ilk nöronları olduklarını söylüyor.

                Bu nöronlardaki aktiviteler dalgalı değildi; yani aktivite, fare bıyığında bir dokunuş hissetse de hissetmese de aynıydı. Bu da demek oluyor ki; algı (bıyık dokunuşu) için önemli olan şey; girdideki rahatsızlık değil.

                Sonrasında ekip; sinyallerin beynin kalan kısmındaki nöronlardaki seyahatini takip ettiler. Duyusal bilgiyi beynin diğer parçalarına aktaran talamustaki aktivite bile hayvanın bıyığında bir dokunuş olup olmadığına dair bir karar veremedi.

                Duyusal sinyal serebral kortekse ulaşıncaya kadar beyin aktivitesinde değişim gözlenmedi. Farenin bıyığına dokunulduğunu duyumsadığı ve emzikten su akıtıldığı sırada, araştırmacılar beynin birincil bedensel-duyusal korteks denilen bir bölgesinde daha fazla aktivite gözlemlediler.

                Ve ortaya şu çıktı; birincil bedensel-duyusal korteksteki fazla aktivite, aslında bir başka bölge olan ikincil bedensel-duyusal korteksteki nöronları tetikliyor. İsminden de anlaşıldığı üzere bu bölge işlem zincirinde birincil bedensel-duyusal korteksten sonra geliyor.

                Öte yandan, farenin bıyık dokunuşunun farkında olduğu durumlarda ise; bu bölgeden gelen mesajlar birincil bedensel-duyusal korteks tarafından ifade edilen algıyı şekillendirmek için geri gidiyordu. Yani, mesajlar daha üst bir beyin bölgesinden daha önceki bir beyin bölgesine gidiyor. 

                Şimdi de bilim insanlarının; aynı belli-belirsiz sinyale cevap olarak, ikincil bedensel-duyusal korteksteki nöronlarda ateşlemeye ya da tepki oluşturmamaya sebep olan faktörleri ortaya çıkarmaları gerekiyor. İhtimallerden birisi şu; dokunuşun hissedilip hissedilmeyeceğini belirleyen, bıyık dokunuşundan hemen önce beynin içerisinde bulunduğu ilk hal. Tıpkı oldukça düşük frekanslı bir “bip” sesinin bulunulan ortamdaki gürültüye bağlı olarak duyulup duyulmadığını belirlemesi gibi.

                Ekip sonraki çalışmalarında; aynı uyaranın neden farklı algılar oluşturabileceğini araştırmak yer alıyor. O’Connor; nöral aktiviteyi manipüle ederek, bu çeşitliliğin kaynağını anlamaya çalışacaklarını söylüyor.

                Araştırma Referansı: Yang, Hongdian, Sung E. Kwon, Kyle S. Severson, and Daniel H. O’Connor. “Origins of choice-related activity in mouse somatosensory cortex.” Nature neuroscience (2015).
                Kaynak: Bilimfili, Kate B. “Did You Hear That? How the Brain Decides to Acknowledge a Faint Signal”, https://www.braindecoder.com/did-you-hear-that-how-the-brain-decides-to-acknowledge-a-faint-signal-1508511616.html

                Yayım tarihi

                Hafızaya Açılan Kapı Tam Olarak Saptandı

                İnsan beyni sürekli olarak bilgi depolar. Fakat, yeni deneyimlerimizin hafızamızda nasıl kalıcı hale geldiğine dair sınırlı bilgimiz vardı. Magdeburg Üniversitesi ve German Center for Neurodegenerative Diseases (DZNE)’ araştırmacıların içerisinde bulunduğu uluslararası bir araştırma ekibi daha önce başarılamayn bir ilke imza atarak; hafızaların nerede oluşturulduğuna dair net olarak bir saptamada bulundular. Ekip bu yeri beyindeki en spesifik devrelerine kadar belirlemeyi başardı. Araştırmacılar bu saptamaya, çok hassas bir Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRI) teknolojisini kullanarak ulaştılar.Nature Communications ‘da yayınlanan makalenin elde edilen sonuçları ve kullanılan çalışma metodunun Alzheimer Hastalığının beyindeki etkilerini belirlemede yardımcı olabileceği noktasındaki umutları artırdı.

                Geçmiş tecrübeleri ve olayları hatırlatmak için beynin değişik bölgelerinde bir çalışma yürütülmeli. Fakat bu birbirine bağımlı etkileşim hala tam olarak belirlenebilmiş değil, öte yandan, hafızaların; öncelikli olarak beynin hafıza içeriğinin oluşturulmasında ve onları hatırlamada kontrol merkezi olan ve beynin iç kesiminde bulunan serebral kortekste depolandığı biliniyor. Bu olay hipokampüste ve ona komşu entorhinal kortekste meydana geliyor. Magdeburg’da DZNE sözcüsü ve Magdeburg Üniversitesi Bilişsel Nöroloji ve Dementia Araştırmaları bölüm başkanı olan Profesör Emrah Düzel “Beynin bu alanlarının (bilginin toplandığı ve işlendiği yerler) hafızaların oluşturulmasından sorumlu olduğu bugüne kadar yapılan çalışmalarla az çok biliniyordu. Bizim çalışmamız bu duruma bakışımızı daha da belirgin hale getirdi” diyor ve ekliyor: “Biz hipokampus ve entorhinal korteksteki nöronal katmanlarda insan hafızalarının oluşum yerini saptayabildik. Hangi nöronal katmanın aktif halde olduğunu belirledik. Bu durum da bilginin direkt olarak hipokampüse mi yönlendirildiğini yoksa hipokampüsten serebral kortekse mi taşındığını ortaya çıkardı. Daha önce kullanılan MRI teknikleri bilginin bu akış yönünü tam olarak belirlemede yetersizdi. Bu yüzden ilk olarak biz beyinde hafızaya açılan kapının tam olarak nerede olduğunu saptamış olduk.”

                Çalışmada, araştırmacılar hafıza testine gönüllü olarak katılan kişilerin beyinlerinde ölçümler yaptılar. Ölçümler “7 Tesla ultra-high field MRI” denilen özel bir manyetik rezonans görüntüleme yöntemi kullanılarak yapıldı. Bu yöntem araştırmacılara, insan beyninin bölgelerinin aktivitelerini daha önce eşi görülmemiş bir şekilde belirlemelerini sağladı.

                Alzheimer Araştırmaları İçin Kesin Bir Yöntem

                Prof. Düzel: “Bu ölçüm tekniği bizlerin beyindeki bilgi akışını parçalara bölmemize ve hafıza oluşumundan sorumlu bölgeleri ayrıntısına kadar incelememize olanak sağladı. Sonuç olarak, umuyoruz ki; Alzheimer gibi hafızayla ilgili hastalıklara dair yeni bakış açıları elde edebileceğiz. Dementia’yı gözününe alırsak; bilgi “dokunulmamış” bir halde hala hafızaya açılan kapıda bekliyor mu? Hafızalar işlendiğinde daha sonrasında sorunlar ortaya çıkacak mı? gibi soruları cevaplandırmayı umuyoruz.” dedi.

                Kaynak:

                1. Bilimfili,
                2.  DZNE
                3. Anne Maass, Hartmut Schütze, Oliver Speck, Andrew Yonelinas, Claus Tempelmann, Hans-Jochen Heinze, David Berron, Arturo Cardenas-Blanco, Kay H. Brodersen, Klaas Enno Stephan & Emrah Düzel Laminar activity in the hippocampus and entorhinal cortex related to novelty and episodic encoding Nature Communications 5, Article number: 5547 doi:10.1038/ncomms6547
                WordPress gururla sunar