Merkezi Sinir Sisteminin Genel Yapısı
İnsan merkezi sinir sistemi, evrende insanın bildiği en karmaşık biyolojik yapılanmadır. Milyarlarca sinir hücresi, bunların aralarındaki trilyonlarca bağlantı ve “yardımcı hücreler” olarak nitelenen glia hücreleri, sinir sisteminin ana yapısını oluşturur. Bu akıl almaz düzeydeki karmaşık yapı, bu günkü bilgilerimiz ışığında, tüm canlılık olaylarını ve davranışları düzenleyen bir ara-birim olarak görev yapar.
Sinir bilimleriyle uğraşan biri olarak, edindiğim her yeni bilginin beni garip bir hayret ve coşku içinde bırakması ve bilimin paylaşılarak büyüyeceğine olan inancımdan dolayı, konu ile yakından ilgili olmayanlar için, vücudumuzun yönetim merkezi konusundaki son bilgileri ve bunların muhtemel sonuçlarını elimden geldiğince aktarmaya çalışacağım.
Bilginin gereksizi diye bir şeyin var olmadığına inanan bir insanım ve anlamanın temelinin, “nasıl anladığımızı anlayabilmek” olduğunu düşünüyorum. Bunu yapmak için de, işimiz ve uğraşımız ne olursa olsun, bizi ilgilendiren her türlü bilgiyi, yani elimizden geldiğince her şeyi öğrenmemiz gerekir diye düşünüyorum. Özellikle de kendimizi…
SİNİR SİSTEMİMİZ
Sinir sistemini genel olarak, merkezi ve çevresel (periferik) sinir sistemi olarak iki kısma ayırmaktayız. Çevresel sistem, vücudun her yanından alınan duyu (tat, dokunma, görme, işitme, vücudun pozisyonu, ağrı, ısı, titreşim vb) bilgilerini merkeze taşıyan ve merkezden çıkan emirleri kas veya salgı bezi gibi ilgili yerlere götüren sinir kablolarından oluşur. Yani çevresel sinir sistemini (o kadar basit değilse de) bir veri taşıyıcısı olarak düşünebiliriz. Merkezi sinir sistemi ise, çevresel sinir sisteminden gelen verileri değerlendirip, ürettiği emirler aracılığıyla vücudumuzun yeni durumlara uyum sağlamasına yardımcı olur.
MERKEZİ SİNİR SİSTEMİNİN GENEL HATLARI
Merkezi sinir sistemi, yani beyin ve omurilik, üç katlı bir zar yapısı ile çevrelenmiş durumdadır. Bu zarlar dıştan içe doğru dura mater (sert zar), araknoid (örümceksi) zar ve pia mater (ince zar) olarak sıralanırlar. Bu üç kılıf, kesintisiz bir biçimde tüm merkezi sinir sistemini sarar ve çevresel sinir sisteminde de hafif yapı ve işlev değişiklikleri ile devamlılık gösterir.
Şekil 1. Beyni saran zar sistemleri ve kan beyin engeli.
Pia adlı zar ile araknoid zarın arasında içi sıvı dolu bir boşluk alan vardır. Araknoid zar bu boşluğa doğru ince uzantılar vererek adeta bir örümcek ağı yapısında bağlantılar oluşturur. Zara adını veren de zaten bu özelliktir. Araknoid zar, bu uzantıları aracılığıyla pia mater’e bağlanarak aradaki boşluğu (subarachnoid boşluk) doldurur (-sub eki, “altında” anlamındadır). Subaraknoid boşluk “beyin omurilik sıvısı” (BOS) denen bir sıvı ile doludur. Bu sıvı, sinir sistemi dokusunun beslenmesi ve atıklarının atılmasında hayati öneme sahiptir. Ayrıca, sinir sisteminin tamamını saran bu zar yapısı ve içindeki sıvı dolu bu bölmeler sayesinde, sinir sistemi bir bütün olarak sıvı içinde yüzer durumda bulunur ve böylece hem darbelere karşı emici bir tamponla korunmuş, hem de bu yumuşak ve nazik doku kendi ağırlığı dolayısıyla hasar görmesini engelleyecek bir yastık sistemiyle donatılmış durumdadır.
Beyni besleyecek olan kan damarlarının duvarları, damarlar beyin dokusunun içlerine doğru girerken, bir çeşit yapı değişikliğine uğrayarak, hiç bir maddenin kontrolsüz geçmesine izin vermeyecek özel bir yapı kazanırlar. Bu yapı, sinir hücrelerinin yardımcıları olan glia hücreleri ile dış kısımdan da desteklenerek, “kan beyin engeli” dediğimiz özel bir yapının oluşmasını sağlarlar (glialar ile ilgili bilgileri aşağıda bulacaksınız). Bu sayede çok hassas bir organ olan sinir sistemi, kandaki zararlı ve istenmeyen maddelerin taarruzundan da korunmuş olur (Şekil 1).
MERKEZİ SİNİR SİSTEMİNİN BÖLÜMLERİ
(Merkezi Sinir Sisteminin Fizyolojik Anatomisi)
Sinir sistemimizin beyin ve omulikiten oluşan merkezi bölümü, yukarıdan aşağıya doğru hiyerarşik bir yapılanma gösterir. Nisbeten daha basit işlevler merkezi sinir sisteminin en alt bölümü olan omurilik tarafından yürütülürken, yukarılara çıktıkça (beyin sapı, beyincik, orta beyin, limbik sistem vs gibi) daha karmaşık işlevleri yürütmekle görevli bölgeler karşımıza çıkar. Şimdi en alt düzeyden başlayarak sinir sisteminin bölümleri ile kısaca tanışalım.
OMURİLİK (Medulla spinalis):
Merkezi sinir sistemi; kararların verildiği, etraftan gelen verilerin yorumlandığı, algılamanın ve diğer bütün zihni fonksiyonların yerine getirildiği bölgeleri içeren karmaşık bir işlevsel yapılar bütünüdür. Merkezi sinir sisteminin en “basit” kısmı, omurilik dediğimiz ve sırtımızdaki omur kemikleri arasında aşağıya doğru uzanan tüp şeklindeki yapıdır.
Şekil-2. Omuriliğin şematik görünümü (kesit). 1. Arka oluk; 2. Dura mater; 3. Araknoid zar; 4. Duyu sinirlerinin kökleri (arka kök; radix posterior); 5. Arka kök gangliyonu (duyu hücrelerinin gövdeleri burada bulunur); 6. Spinal sinirler (vücuda dağılan motor sinirler ve vücuttan duyu getiren duyu sinirleri); 7. Motor sinirlerin kökleri (ön kök; radix anterior); 8. Subaraknoid boşluk (Beyin-omurilik sıvısı ile doludur); 9. Pia mater
Omurilik, etraftan gelen bilgilerin merkezi sinir sistemine girdiği ve merkezden gelen emirlerin çevresel sisteme aktarıldığı yerdir. Aynı zamanda, refleks dediğimiz, ani ve istemsiz hareketler de, bu organ tarafından kontrol edilir. Omurilik temel olarak, orta kısmında ince ve boylu boyunca bir kanal; kanalın etrafında, eninde kesildiğinde kelebek gibi görünen bir gri madde; ve bunun etrafında ise beyaz madde kütlesinden oluşan, tüp şeklinde bir yapıdır. Ortadaki kanal, beynin içinde bulunan, ventrikül (karıncık) adı verilen ve besleyici bir sıvı olan beyin omurilik sıvısı (BOS) ile dolu olan boşlukların, omurilik içindeki devamıdır ve aynı sıvıyla doludur. Kanalın etrafında bulunan gri madde, esas olarak sinir hücrelerinin gövde kısımlarını içerir. Buradaki sinir hücreleri, çevresel sinir sisteminden gelen ve merkezden dışarıya gönderilen verileri değerlendirilerek, nereye ve ne şekilde gönderileceklerini belirleyen karmaşık elektriksel devreler oluştururlar.
Şekil 3. Omuriliğin şematik kesiti. İç tarafta hücre gövdelerini içeren gri madde; dış kısımda ise hücre uzantılarını içeren ak madde bulunmaktadır. 1. Gri maddenin ön boynuzu (cornu anterior); 2. Gri maddenin arka boynuzu (cornu posterior); Gri bağlantı bölgesi (commisura grisea); Ak maddenin ön bölümü (funiculus anterior); 5. Ak maddenin yan bölümü (funiculus lateralis); 6. Ak maddenin arka bölümü (funiculus posterior); 7. Ak madde ön bağlantı bölgesi (commisura alba anterior); 8. Dikey ön oluk (fissura mediana anterior); 9. Arka oluk (sucus medianus posterior); 10. Merkezi kanal (canalis centralis); 11. Motor sinirler (ön kök; radix anterior); 12. Duyu sinirleri (arka kök; radiz posterior); 13. Arka kök ganglionu
Bu fonksiyonu anlamak için basit bir örnek verelim: Diyelim ki elimizde bir dondurma var ve bunu ağzımıza götürüp yemek istiyoruz. Bunun için, kolumuzu ağzımıza doğru bükmemiz gerekiyor. Biz bu kararı beynimizde verdikten hemen sonra, beynimizden, kolumuzu bükecek olan pazu kaslarına doğru bir kasılma sinyali gönderilir. Fakat bu sinyal, kola gelmeden önce, omurilikteki sinir hücrelerine aktarılır. Burada, yani omurilikte bulunan elektriksel devreler, bu sinyali alarak birkaç iş yaparlar. Öncelikle, pazu kaslarına bir uyarı gönderirler. Ama bu arada, kolun bükülebilmesi için, kolu açmaya, yani ağızdan uzaklaştırmaya yarayan arka kol kaslarının da gevşemesi gerekir. İşte, omurilikteki devreler, pazu kaslarına “kasıl” emrini gönderirken, aynı zamanda, kolu açan kaslara kasılma emri veren omurilik hücrelerine de “dur” emri verirler. Dolayısıyla kolumuz, ağzımıza doğru yaklaştırılmış olur. Bu sırada, dondurmayı tam ağzımıza isabet ettirebilmemiz için, kaslardaki durum duyusu (proprioception) algılayıcı algaçlardan merkeze gönderilen uyarılar başta olmak üzere, bir çok ek işlev devreye girmelidir. Kolun ne kadar büküldüğü ve ne kadar daha bükülmesi gerektiği her an bu bilgilerle düzenlenir. Bu karmaşık ağın tam olarak eksiksiz çalışabilmesi halinde, dondurma yeme işlemimizi normal bir biçimde tamamlayabiliriz.
Refleks dediğimiz ani hareketler de, yine omurilik içindeki benzer devreler aracılığıyla, şuursuz ve hızlı bir biçimde cereyan ederler. Şuursuzdur çünkü, hareket kararı beyinden değil, omurilikten gelir; ve hızlıdır, çünkü, beyine gidip geri dönmeye oranla çok daha kısa bir yol izler. Eğer bu mekanizma omurilikten değil de beyinden yönetilseydi, yanlışlıkla bir sobaya dokunduğumuz zaman, elimizi ancak belki de ciddi biçimde yandıktan sonra oradan çekebilecektik!
Refleks yayı: Refleks olarak meydana gelen bir hareketin gerçekleşmesi için gerekli olan tüm yapı bileşenlerine refleks yayı adı verilir.
Şekil 4. Reflks yayının bileşenleri
Elimize bir iğne battığında kendiliğinden hızla elimizi çekeriz. Bu hareket aşağıdaki refleks yayı elemanlarının sırasıyla devreye girmesi sonucu milisaniyeler içinde gerçekleştirilen ve ancak gerçekleştikten sonra farkına varabildiğimiz otomatik bir hadisedir.
1. Alıcı (reseptör): Refleks olayını tetikleyen bir uyaranı algılamak için uygun bir reseptörümüzün olması gerekir (örneğimizde, parmağa iğne battığı zaman derideki ağrı reseptörleri bu batmayı elektirk sinyallerine dönüştürerek sinirlere ileten algılayıcılar olarak görev yapar).
2. Duyu siniri: Reseptörlerden gelen sinyalleri merkezi sinir sistemine (omuriliğe) aktaran sinirlerdir. Bu sinirlerin gövdeleri omurliğin arka-dış kısmındaki arka kök ganglionunda bulunurken, alıcı uzantıları vücudun uzak bölgelerine (örneğin parmak uçlarımıza) kadar uzanır.
3. Merkezi işleme (central processing): Duyu sinirlerinin omuriliğin içlerine kadar giden uzantıları sayesinde ağrı sinyali omurliğin gri maddesine iletilir. Burada, gelen duyusal sinyalin gediği yere göre, doğuştan hazır bulunan bağlantılar sayesinde, uyarı sinirden sinire aktarılarak gerekli cevap hazırlanır. Bu sinyal bazen doğrudan etkiyi yapacak olan motor sinire aktarılabilirken, bazen de öncelikle ara nöronlar denen küçük sinir hücreleri üzerinden aktarılarak daha karmaşık ama biraz daha yavaş yollar da takip edebilir.
4. Motor sinirler: Omurlikteki devrelerden çıkan davranışsal sonuç, bu sinirler aracılığıyla, duyunun geldiği yere bağlı olarak, icra organına gönderilir. Örneğimiz parmağa iğne batması olduğuna göre, buradaki motor sinirler, özellikle kolumuzu bükerek ağrılı etkenden uzaklaştırmaya yarayacak olan sinirlerdir (örneğin, pazu kaslarının sinirleri gibi).
5. İcra organı: Refleks hareketin tamamlanması için bir “doku yanıtı”nın oluşturulması gerekir. Sinirlerle kaslara gönderilen emirler, hedef dokular tarafından icra edildiğinde, buna doku yanıtı adı verilir. Örneğimizdeki doku yanıtı, kolu büken kasların kasılmasıdır ve icra organı da kolumuzu büken kaslardır.
Bu basit örnek, temel bir refleks devresinin nasıl çalıştığını oldukça basit bir biçimde gösteriyor. Fakat vücudumuzdaki tüm refleksler bu kadar basit değildir. Şuursuzca cereyan etse bile, beynimizdeki bazı bölgelerin işe karıştığı bazı refleksler de vardır ki, bunlar oldukça karmaşık yollar izlerler. Bebekli annelerden sütün salgılanması veya sinirlenince yüzümüzün kızarması gibi olaylar da reflekstir ve bunlarla ilgili daha ayrıntılı bilgileri ileride bulabilirsiniz.
BEYİN SAPI:
Merkezi sinir sisteminin ikinci kısmı, beyin sapı olarak adlandırdığımız bölümdür. Bu yapı, bir çok alt birimden oluşan ve omuriliğe göre daha karmaşık hücre bağlantıları içeren bir yerdir. Anatomik olarak, omurilikle beyini birbirine bağlayan bir köprü gibidir. Bu bölge, temel hayati fonksiyonların yürütülebilmesi için vazgeçilmez öneme sahiptir. Nefes alıp verme, kanın damarlarda dolaşması, kalbin atım düzeni, uyku ve uyanıklık, dikkat ve bunun gibi bir çok önemli etkinlik, beyin sapı dediğimiz bu bölgeden kontrol edilir.
Şekil 5. Beynin enine kesitinde beyin sapı denen bölgenin bir beyin maketindeki görüntüsü (dörtgen içindeki bölge).
Beyin Sapının Bölümleri:
Bulbus (medulla oblongata): Halk arasında “omurilik soğanı” denen bölge buraya karşılık gelir. Omuriliği yukarı doğru takip ettiğimizde beynin hemen altında şişkince bir biçimde sonlandığını görürüz ki, bu bölge bulbus bölgesidir (Şekil 6). Bulbus, temel yaşamsal işlevlerin kontrol edildiği bir bölgedir. Burada temel solunum ritimleri, kan basıncı refleksleri, kalp hızı refleksleri, yutma ve kusma merkezleri gibi önemli merkezler yer alır. Vücudumuzun içinden gelen duyuların büyük bir kısmı da burada algılanır. Burada olan bütün işler normal koşullarda şuurlu müdahalemizin dışındadır (bazı zihinsel eğitim disiplinleri ile bu bölgedeki işlevlerin kısmen kontrol altına alınabildiği de bilinmektedir).
Pons: Adı latince “köprü” anlamına gelen pons, yine bulbus gibi bir çok hayati bölgesi içerir (Şekil 6). Kafa ve boyun bölgesini ilgilendiren işlevleri yürüten kafa sinirleri dediğimiz özel sinirlerin çekirdekleri (kontrol merkezleri) burada bulunur. Yine burada, kan basıncı, solunum, kalp hızı gibi temel işlevlerin kontrol edildiği bölgeler yerleşmiştir. Pons ayrıca, hareket sistemimizin önemli bir parçası olan beyincik (cerebellum) ile beyni ve omurliği birbirine bağlayan çok önemli yollar içerir.
Şekil 6. Merkezi sinir sisteminin önemli bölümleri. Bazı bölgeler birbirinden ayrılarak şematik olarak gösterilmiştir.
RETİKÜLER FORMASYON ve
RETİKÜLER AKTİVE EDİCİ SİSTEM:
Beyin sapı dediğimiz bölgeyi oluşturan yapıların iç kısmında, birbirleri ile yoğun bağlantılar yapan çok sayıda hücrenin oluşturduğu ve birbirine bağlı bir çok işlevsel bölgeden oluşan yapıya retiküler formasyon adı verilir. Retiküler formasyon terimini Türkçe’ye “ağsı oluşum” şeklinde çevirebiliriz (retikulum sözcüğü Latince’de ağ-şebeke anlamlarına gelir).
Retiküler formasyon, beyin sağının neredeyse tümünü kaplayan bir yapı olduğundan, beyne gönderilen neredeyse bütün duyu bilgisinin de uğramak durumunda olduğu bir yerdir. Tüm duyu organlarımızdan gelen sinirler, beyinde gitmeleri gereken ilgili bölgelere uğramadan önce retiküler formasyon hücrelerinin bulunduğu yerlerden geçerler ve buradaki hücrelere çeşitli dallar verek özel bağlantılar yaparlar. Retiküler formasyon ayrıca beynimizin uyanıklığını düzenleyen, öğrenme ve hafıza işlemlerinin sağlıklı olarak sürdürülmesini sağlayan ve beynin neredeyse tüm işlevlerini düzenleyerek onun amaca uygun bir şekilde çalışmasını sağlayan farklı bölgeler de içerir.
Retiküler formasyonun en önemli işlevlerinden birisi, bilinçli algılamadan sorumlu olan beyin kabuğumuzu (korteksi) “uyanık” durumda tutmaktır. Uyanıklığa bağlı tüm işlevler de (dikkat, konsatrasyon, öğrenme, uyaranlara cevap verme gibi) dolayısıyla retiküler formasyonun bu uyanık tutucu işlevine bağlıdır. İşte retüküler formasyondaki hücrelerin tüm beyine dağılan ve onu uyanık tutmak için farklı sinyaller taşıyan tüm uzantılarına “retiküler aktive edici sistem” adı verilir.
Şekil-7. Retiküler formasyonun beyindeki yerleşimi ve uzantılarının dağılımı. Beyne giden tüm duyuların retiküler formasyona uğradığına ve retiküler formasyonun hücre uzantılarının tüm beyne dağıldığına dikkat ediniz.
Uyku-uyanıklık döngümüzün sürdürülmesinde retiküler aktive edici sistem birinci düzeyde rol oynar. Normalde sabah saatlerinde uykudan uyanıklığa geçmemiz, buradaki hücrelerin tüm beyin kabuğuna uyarıcı sinyaller göndermeye başlamasıyla gerçekleşir. Gece saatlerinde (veya uykunun bastırdığı diğer zamanlarda) ise retiküler formasyon hücreleri beyne gönderdikleri uyaranları azalttıklarından, beyin kabuğunun uyanıklık düzeyi azalır ve uykuya geçiş aşaması başlar.
Duyu yollarının retküler formasyon ile bağlantı yapması ise, hepimizin tecrübe etmiş olduğu gibi, duyu uyaranları ile beynin uyanıklığının artırılmasının temel nedenidir. Hafif uyku durumunda görme alanımızda meydana gelen beklenmedik bir hareket bile uyku durumundan uyanıklığa geçmemize neden olabilmektedir. Zira beklenmeyen bu görsel sinyal, gözdeki özel hücreler tarafından beyne iletilmeden önce retiküler fomasyonun ilgili hücrelerine sinyaller verir. Bu sinyaller sonucunda da retiküler fomasyon, beynin uyanıklığını artıracak bir dizi sinyal oluşturarak ilgili beyin alanlarına gönderir. Yahut uyku sırasında ses ve dokunma uyaranları ile uyandırılabildiğimizi biliriz. Bu da yine, belli bir eşik değerden yüksek uyarıların retiküler fomasyonda, beyni uyandırıcı bazı sinyallerin oluşmasını sağlamalarından dolayıdır. Bu “eşik” değerler kişiden kişiye farklı olduğundan dolayı insanların uyanmak için ihtiyaç duydukları uyaran şiddetleri de farklıdır. Kafein gibi uyarıcı maddeler de yine buradaki hücrelerin beyin kabuğu üzerine olan etkilerini artırarak ilev görürler.
İleriki bölümlerde değinileceği gibi, bu uyanıklık işlevinde talamusun da önemli rolü bulunmaktadır.
Beyin Sapının Düzenleyici Sistemleri (Nöromodülatör Sistemler)
Retiküler formasyon içerisinde üst beyin işlevlerinin düzgün yürümesini sağlayan bazı düzenleyici bölgeler bulunur. Bunlara (çok geniş bölgeleri etkileyerek düzenleyici bir işlev yaptıkları için) nöromodülatör sistemler (yahut Türkçe söylersek, sinirsel düzenleyici sistemler) adı verilir.
Beyin sapı düzenleyici sistemlerinden en önemlileri; Norepinefrin sistemi, Dopamin sistemi, Serotonin sistemi ve Asetikolin sistemidir.
Kalbin pompalama görevini dört ayrı bölüm gerçekleştirir. Bu bölümler, sıkıştıkları zaman kanı ileri iten kaslardan odacıklardır. Her odacığın çevresindeki kas kalınlığı, bölümün görevine göre değişir. Kasın en kalın olduğu yer, pompalama işleminin büyük bölümünü üstlenen sol karıncık duvardır.