Beyin
Kafamızda taşıdığımız 1 kilo 350 gramlık koca bir labirent. Her gün tepemizde ve bizi o yönetiyor. Bazen duygusal, bazen sinirli; kimi zaman manik, kimi zaman depresif. En güzel duyguların da, şeytani emellerin de planlayıcısı o... Sırlarla dolu, kapalı ve karanlık bir kutu gibidir beynimiz.


1. Bilgi nöronlarda nasıl kodlanıyor?

Beynin en karışık işlemlerinden bir tanesi, bilginin kodlanması. Bu süreçte beyindeki nöronlar, yani sinir hücreleri, zarlarının dışında elektrik akımı oluşturuyor. Bu elektrik akımları, akson adı verilen uzantılara ulaşarak, onlar vasıtasıyla gerekli olan kimyasal sinyallerin açığa çıkmasını sağlıyor. Bu akımlar sayesinde dünyayla, çevremizde olup bitenle ilgili bilgiler beynimize aktarılıyor. Ne görüyorum?, Aç mıyım?, Hangi sokağa sapayım? gibi sorulara yanıt işte böyle bulunuyor.

2. Anılar beyinde nasıl saklanıyor ve nasıl tekrar hatırlanıyor?

Bir kişinin ismi gibi, yeni bir şey öğrendiğinizde beynin yapısında birtakım fiziksel değişiklikler meydana geliyor. Ancak bu değişikliklerin hâlâ ne tür değişiklikler olduğunu, nerelerde meydana geldiğini, bilginin nasıl depolandığını ya da yıllar sonra tekrar hatırlanarak tekrar nasıl gündeme getirildiğini anlayamıyoruz.
Beyinde çeşit çeşit hatıralar var. Ancak beyin, kısa dönem anılarla (yeni öğrenilen bir telefon numarasını hatırlamak gibi), uzun dönem anıları (geçen yıl doğum gününüzde yaptıklarınız gibi) birbirinden bir şekilde ayırıyor. Beyin travması ya da beynin zarar görmesi ise bu yetenekleri bozabiliyor.

3. Beyin, geleceği nasıl öngörüyor?

Çoğu zaman gelecekle ilgili birtakım planlarımız ve öngörülerimiz olur. Geleceğin nasıl şekilleneceğini düşünürüz. Beynimizde, gelecekle ilgili bir şekil vardır. Ancak beynin bu gelecek simülasyonunu nasıl yaptığı henüz anlaşılmış değil. Beyin, dünyayla ilgili öngörülerde nasıl bulunabiliyor? Bilim adamları hâlâ bunun yanıtını arıyor.


Beynin Evrimi
Canlılar, yaşamlarını sürdürmek ve bulundukları ekolojik ortama uyum sağlamak için, göreceli olarak gelişmiş duyu organlarına ve bu durumu yansıtan beyin yapısına sahiptirler. Tüm vertebralılarda beyin, embriyon gelişimi sırasında nöral kanalın ucunda bulunan 3 kabartıdan meydana gelir: Ön, orta ve arka beyin.

Temelde birçok ortak yapı olmasına karşın, değişik türlerde beyin, vücudun herhangi bir organına göre çok daha büyük farklılık gösterir. Farklı türlerde duyusal alıntılar ve bunlara verilen cevaplar çok farklıdır ve o tür için yaşamsal önem taşımaktadır. Canlıların beyinlerinde, temel bazı ortak özellikler vardır. Koku alma merkezi, ön beynin yapısını şekillendirir.

Balık ve sürüngenlerde, bazı türler dışında bu kısım, toplam beyin hacmine oranla oldukça büyüktür. Bu durum memelilerde ise çok değişkendir. Örneğin özellikle yüksek primatlarda küçükken, karınca yiyenler ve armadillolarda son derece büyüktür.

Balıkta koku alma birincil enformasyon kaynağıdır. Bu büyük koku alma merkezine ilaveten, beynin büyük bir kısmı bu iş için kullanılmaktadır. Sürüngenlerde beyin belirgin bir şekilde balıklardan daha büyüktür ve neokorteks oluşumu ortaya çıkar. Omurgalıların evrimsel gelişimi sırasında giderek daha gelişir ve görme, tatma ve dokunma gibi duyuların alımı ve kullanımı ile ilgilidir.

Bu kısımların işlevi, balıkta orta ve arka beyin aracılığıyla sağlanmaktadır. Neokorteksin genişlemesi entellektüel öğrenimi sağlar. Bu gelişim cerebrum’un orta beyni tamamen kapladığı, gelişmiş memelilerde, doruk noktasına ulaşır. Bu organizmalarda artık corpus callosum vardır. Böylece iki yarım kürenin neokorteksi, binlerce sinir bağı aracılığıyla iletişim haline geçer ve hızlı bilgi alışverişi mümkün olur.

Balıkta görme lobları küçüktür. Sürüngenlerde ve kuşlarda ise hemen her zaman gelişmiş bir yapı gösterirler. Memelilerde, optik lobların homoloğu olan superior colliculi’nin boyutu son derecede küçülmüştür ve beynin arka kısmında, occipital lobda iki küçük yumru olarak yeralır.

Cerebellum göreceli olarak kuşlarda en büyüktür. Balıklarda, medulla oblangata dokunma, ısı, tat ve dengenin oluştuğu tek merkezdir. Yüksek vertebralılarda bu görev neokorteks tarafından yapılmaktadır. Ancak insanlarda bile çok gelişmiş neokortekse rağmen reflekslere cevap verme yetisini hâlâ medulla oblangata korumaktadır. Kuş ve memelilerde giderek kompleksleşen nöronal alışverişin gerçekleştiği bir yer olarak belirmeye başlar.

Primatlarda ve İnsanda Beyin Yapısı

Bilindiği gibi insan "gelişmiş memeliler" olarak tanımlanan "Primat Takımı" nın bir üyesidir. Evrim basamaklarında ilk olarak sürüngenlerde ortaya çıkan neokorteks primatlarda çok gelişmiştir ve beyin hacminin yarısını oluşturur. Diğer memelilerin çoğunda üçte bir oranındadır.

Primatlarda varolan becerikli ellerin ve kompleks sosyal davranışların temelinde bu genişleme yatar. Primatlarda dış dünyadan alınan enformasyon temelde görme duyusuna dayanır ve gelişim sürecinde de bu eğilimi gözlemek mümkündür. Erken evrelerde örneğin dinozorların nesillerinin yokolduğu 2. zamanın (yaklaşık 65 milyon yıl) sonunda, ilk primatlar yerde "terrestrial" yaşam biçimini sürdürmekteyken başat olarak koklama duyusunun öne çıktığı bilinmektedir.

Zaman sürecinde, ağaç yaşamına uyum sağlayan "arboreal" primatlarda görme duyusunun öne çıkmaya başladığı gözlemlenir. Primat takımı iki alt takımdan oluşur: Prosimii’ler ve Antropoid’ler. Prosimii’ler; Lemur ve Tarsius’ları içerirken, Antropoid’ler; Eski ve Yeni Dünya maymunları, kuyruksuz büyük maymunlar ve insanı da kapsayan Hominid’leri içerirler. Bu sınıflandırmada beyin gelişimi açısından birinciden sonuncuya doğru beyin kapasitesinde bir artış eğilimi gözlenmektedir.

Prosimii’lerde Duyu

Ağaç yaşamına uyum sağlamış dolayısıyla da uzaklığı doğru algılamanın yaşamsal önem taşıdığı primat takımında, görme algısı çok gelişmiş ve stereoskopik görüş yetisi ortaya çıkmıştır. Bilindiği gibi ekseni birbirine paralel olan her iki gözün aynı objeye bakabilme ve derinliğini algılama yetisi "stereoskopik görme" olarak tanımlanır.

Prosimii’lerde örneğin Lemur’larda görme yeteneği gelişmiştir. Ancak Primat takımının alt basamaklarında yeralan bu canlılarda koku hâlâ çok önemlidir. Lemurlardan bazıları gece faal "nocturnal", bazıları da gündüz faal "diurnal"dir. Her iki yaşam biçimini benimsemiş olanlarda da görme ön plandadır. Objeleri elleriyle de yakalar ve dokunurlar, ancak dokunma duyusu hâlâ burundadır.

Antropoid’lerde Duyu

Primatların daha gelişmiş olan alt takımı Antropoid’lerde görme, Lemur’lara göre daha öne çıkmaktadır. Koku alma soğanı küçülmüş ve daha basit bir yapı sergilemektedir. Nasal passage -burun boşluğu- küçülüp yüzün gerisine gitmiş, karşılığında göz öne doğru çıkmıştır.

İleri ve tamamen öne doğru bakış Antropoid’lerde ortaya çıkmıştır. Gözlerin öne doğru ilerlemesi çiğneme apareyinden de yüzü uzaklaştırmış ve çiğneme kasılması sırasında göz yuvarlağındaki küçük oynamaların gözün keskin (acute vision) görüş yeteneğini bozmasını engellemiştir.

Bu canlılarda araştırma ve manipulasyon için diş ve öne doğru uzamış burunu (muzzle) kullanmaktan çok, elleri kullanma eğilimi vardır. Bundan dolayı da reseptörler muzzle’dan çok elde toplanmıştır. Görme simülasyonunu alan bölgeler ve eldeki çok duyarlı reseptörler göreceli olarak büyük ve komplikedir.

Primatlarda cerebral cortex’in çok geliştiği ve genişlediği görülür. Cerebral cortex beynin dış yüzeyindeki kalın "gri cisim" tabakasıdır. Burada "yüksek mental fonksiyonlar" olan; hafıza, birleştirme, neden arama vb.den sorumlu bölgeler vardır.

Primatlardaki beyin bölgelerinin oranları aynı zamanda ileri derecede becerisi olan ellerin kullanımına yönelen bir eğilime işaret eder.Yaşayan primatlarda "beyin" gelişimi kortikal genişleme açısından dört aşama gösterir: - En ilkeli Prosimian’lardır (Lemur ve Tarsius’lar).-

Eski ve Yeni Dünya maymunları bir sonraki aşamadır.- Ape’ler özellikle de Pongidae daha gelişmiş olanlarıdır (Kuyruksuz Büyük Maymunlar).- En sonuncusu da insandır.

İnsan beyni diğer Primatlarla karşılaştırıldığında cerebral cortex’in en geniş olduğu ve her bölümünün aynı oranda gelişmediği bir form olarak karşımıza çıkar. İnsan beyninde en fazla gelişim gösteren iki bölge vardır: Frontal (alın) asosiasyon bölgesi ve Parietal (duvar kemikleri- beynin üst sağ ve solunda yer alan bir çift kemik) asosiasyon bölgesi.

Bu bölgeler bilginin saklanması, yeni deneyimlerin eskilerle karşılaştırılması ve çeşitli duyu merkezlerinden gelen bilginin ve hafızanın (hatıraların, daha önceden yaşanmış olayların) neden arama, hayal gücü, konuşma ve diğerlerinin birleştirilmesi ile ilgilidirler. Böylece "insana özgü" fonksiyonların kontrol edildiği bölgelerin bu alanlar olduğu ortaya çıkar.

Frontal ve parietal bölgelerin görevlerinin bu önemi insanın morfolojik gelişim sürecinde kafatası büyümesinin neden özellikle alın ve yan taraflarda gerçekleştiğini açıklamaktadır. Hominid’lerde zaman sürecinde birbiriyle doğru orantılı olarak beyinde hem hacim artışı olmuş, hem de frontal ve parietal genişleme gerçekleşmiştir.

İnsanlarda frontal bölgenin fonksiyonu uzun süreli bir amaca yönelik olarak dikkati sürdürmek, şaşırtıcı bir uyaranı süzgeçten geçirerek almak ve birbirini tutmayan, anlaşılamayan uyaranların alıkonulması gibi olgularla ilgilidir. Böyle bir kontrol mekanizması olmadan insana özgü bazı karakteristik aktiviteler mümkün olmazdı.

Örneğin, yaralı bir hayvanı tüm gün izleme, avantajlı bir iş için risk alma ya da bir yiyeceği gruba getirmek yerine bulduğu yerde yeme içgüdüsünün bastırılabilmesi gibi. Parietal asosiasyon bölgesinde de benzer büyük bir gelişim olmuştur. Bu bölge hali hazırda birincil assosiasyon bölgeleri tarafından "sindirilmiş" bilgilerle ilgilidir. Buraya gelen bir bilgi diğer yerlerden gelen ve hafızada yer alan bilgilerle birleştirilir.

Hem öğrenme hem de konuşma dilini kullanma ve özetleme kabiliyeti, farklı duyu alanlarından gelen bilgiyi birleştirme becerisine dayanır ve parietal lobda gerçekleştirilir. Aynı zamanda konuşmanın gerçekleştiği bölgedir. İnsanda beyin neden gelişti?

İnsan beyini kendi takımı içinde -simian primatlar arasında- beklenildiğinin üç katı büyüklüğündedir ve bu büyüme sadece son birkaç milyon yıl içinde gerçekleşmiştir. İnsan beyninin gelişmesine zemin hazırlayan en önemli olgu dik yürümedir. Çünkü dik duruş postürünü benimsemiş bir organizmada kafatası omurga üzerinde altta ve ortaya yakın bir alanda yer alacaktır. Dolayısıyla da yarı eğik postürdeki bir canlının kafatasının dengede durması için gereken ağır kas baskısı bulunmayacaktır. Bu da beynin gelişmesi için gerekli temel zeminin oluşmasını sağlamaktadır.

Yani insan beyninin gelişmesini hazırlayan temel öğe dik yürümeye uyumdur. Daha sonra ateşin bulunması ve ön hazırlığı yapılmış yiyeceklerin yenmesiyle dişlerin küçülmesi masseter (çiğneme) kaslarının azalmasına neden olmuş bu da beynin gelişmesi için bir başka pozitif etken oluşturmuştur.

Australopithecine’lerde beyin kapasitesi modern büyük maymunlardaki kapasite sınırları içerisindedir. Bu grubun geneli için ortalama 450 cm olarak kabul edilmektedir. Ansefalizasyon (beynin gelişimi) muhtemelen bu ortalamayı ilk olarak 2.5 milyon yıl civarında geçmeye başlamıştır. Bu dönemde Homo Genusunun ilk üyeleri yaşamıştır.

Koobi Fora’dan bulunan KNM-ER 1470 yaklaşık 750 cm bir beyin hacmine sahiptir. 1.5 milyon yıl öncesinde Homo Erectus’ta beyin hacmi 1000 grama ulaşmıştı. Beyin hacmi beden hacmine paralel olarak ilk Homo Sapiens’in muhtemelen ortaya çıktığı 400.000 yıl öncesine kadar artmaya devam etmiştir.

Erken Homo Sapienslerin beyin hacmi neredeyse bizimkine yakın bir büyüklüğe ulaşmıştır. Avrupa Neandertallerinin beyin hacmi de modern insandaki aşamaya ulaşmıştır ve birçok bilim adamı bunların Homo Sapiens içine konulmaları gerektiğini söylemektedirler.

Gırtlak yapısı açısından bazı değişikliler sergilemesi ve konuşma açısından sorun yaşadığının sanılmasına rağmen bu fosil insanlar, muhtemelen mental kabiliyetleri açısından modern insan seviyesindeydiler. Tüm memelilerde vücut-beyin oranları dikkate alındığında beynin büyümesine doğru bir eğilim vardır. Buna karşın beynin gelişme hızı memeliler arasında farklılık gösterir.

Büyük beyin ancak yüksek enerjili diyetlerle kazanılabilir. Erişkin bir insanda beyin, vücut enerjisinin yüzde 20’sini harcar. Bu durum yaşamın erken aşamalarında daha da fazladır. Yeni doğanda beyin ortalama vücut ağırlığının yüzde 10’unu oluşturur ve enerjinin yüzde 60’ın harcar.

Bazı türlerin neden büyük beyine ihtiyaç duydukları sorusunu sormak yerine bunların büyük bir beyine sahip olmalarının nasıl üstesinden geldiklerini anlamaya çalışmak daha doğru olur. Eğer yeterli enerji varsa -fonksiyonların oluşması türden türe farklılık gösterse de- büyük bir beyine sahip olmak tüm hayvanlar için avantajlı bir durumdur.

İnsan beyninin evriminde iki aşamadan sözedilebilir: İlk aşamada Australopithecine’lerden Erken Modern Homo genusuna doğru olan çizgide beyin kapasitesinde büyük bir artış olmuştur. Bu artış, beslenme rejiminin yüksek enerji ihtiyacının karşılanması yönündeki değişimine neden olmuştur.

İkinci aşamayı oluşturan alet yapımı ve kullanımı döneminde; özel seçilim baskısı muhtemelen artan beyin dokusunun iletişim sistemindeki değişikliklerin belirlenmesinde esas rol oynamış olmalıdır. Bu değişiklikler ise problem çözmedeki ilerlemede, sofistike alet yapımında ve en önemlisi de kültür ve dilin ortaya çıkmasında kendini göstermektedir.

Endocastlardan girus ve sulcusları, belirli kan damarlarını, beynin şeklini anlayabiliriz. Ancak bu çalışmalarda bazı sorunlar ortaya çıkmaktadır. Bunlar:

Beyin büyüdükçe kortikal kıvrımlanma daha sıkı bir yapı gösterir ve dura mater daha kalın ve az esnek olur. Bundan dolayı da bir insan veya kuyruksuz büyük maymunun kortikal detaylarını görmek daha küçük bir primatın bu tür özelliklerini anlamaktan çok daha zordur.

Endocastları elde edebileceğimiz fosil kafatasları genellikle deforme olmuşlardır ve eksik parçaları vardır. Bu da aynı özelliğe ait çok farklı yorumların yapılmasına neden olur.

Endocast yüzeyine bakarak beynin iç organizasyonu genellikle yapılamaz. Çok tartışmalı konulardan biri de lunate sulcusun yerinin bilinmesidir. Bu bize birincil ve ikincil görme alanları arasındaki sınırı gösterir.

Australopithecine’lerde bu sulcus’un göreceli olarak biraz daha arkada yer alması beyin fonksiyonlarının insana doğru yöneldiğinin bir diğer göstergesidir. Hominid’lerde bipedal yürüme beyin yapısını etkileyen çok önemli bir olgudur ve muhtemelen lunate sulcus’un yerinin değişmesini de etkilemiştir.

Dik yürümeye adaptasyon beyin kökünün Ape’lere göre çok daha vertikal olmasına neden olmuştur. Bu durum beyinciğin oksipital loblara göre daha aşağıya inmesiyle sonuçlanmıştır. Böylece lateral yüzde ye alan visual korteksin bir kısmı arka ortaya doğru kaymıştır. Bu değişimler lunate sulcusun Australopithecine’lerde ve daha sonraki Hominid’lerde daha orta ve geriye kaymasına neden olmuştur.

Fonksiyonal açıdan farklı bölgeler arasındaki sınırı gösteren central sulcusun da bulunup bulunmaması antropologlar için önemlidir. Bu oluşum Antropoid’leri Prosimian’lardan ayırmaya yarayan kriterlerden bir tanesidir. Oligosen’de yaşamış olan Aegyptopithecus’un beyin kalıbında bu oluşum gözle görülebilir. Bu nedenle bu fosilin ilk Antropoid maymunlardan olduğu düşünülmektedir.

İlk ortaya çıkan maymun formlarında, bu oluk somatik korteksi motor korteksten ayırdığından, bu fonksiyonel bölünmenin başladığını göstermesi açısından önemlidir. Sylvian açıklık beyin yüzeyindeki özellikler içinde en önemlisidir. Bu oluşum temporal lobun üst sınırını çizer, sol tarafta daha aşağıda ve daha uzundur. Bu durum Homo genusunun ilk örneklerinin bazılarında görülmeye başlar.

Modern insanlarda bu daha büyük Wernicke konuşma bölgesiyle ilgilidir. Bazı fosillerde bu açıdan görülen benzerlikler bunların konuştukları izlenimini vermiş, ancak bazı maymun ve Ape beyinlerinde de bu asimetrinin bulunması bu konuda şüphe yaratmıştır.

Ancak yine de kortikal asimetriler bize daha yaygınlaşmış fonksiyonel asimetrilerin orijini hakkında önemli ipuçları verebilir. Broca bölgesini gösteren bazı sulcus özellikleri Homo habilis ve Homo erectus’te görülmüştür. Bu kıvrımlar Australopithecine beyinlerinde görülmez. Ancak biz sadece Broca bölgesinin fosil formlarda bulunup bulunmadığını söyleyebilmekteyiz. Bu bölgenin fonksiyonun evrimini endocasttaki sulcus izlerine bakarak söylemek gerçekçi olmaz.

İnsan beyninde bu sulcusların varlığı ve yeri çok değişkendir. Ayrıca dil fonksiyon alanlarının yeri konusunda da bir tutarsızlık mevcuttur. Daha da önemlisi maymun beyinlerinde de benzer bir alan bulunmuştur ve bu nedenle de bu girus ve sulcusların fosillerde bulunması tamamen yeni bir yapıya işaret etmez.

Australopithecine ve Erken Homo türleri arasında beyin hacminin büyümesi cerebral korteksin her alanında birçok yeni kıvrımın oluşmasına neden olmuştur. Bu yeni kıvrımlar da spesifik bir değişmeden çok, büyümenin genel bir sonucu olabilir. Belki de bu hominidler Broca bölgesini konuşma için kullanmış olabilirler. Ancak endocastlar bu işin ispatlanması için yeterli değildir. Burada anlatılan zorluklara rağmen endocastlar bizim için eski beyinlerin yapısını anlamaya yarayacak en önemli ipuçlarıdır.