DUYSAL VE MOTOR İŞLEV ENTEGRASYONU:

 

SEREBRAL KORTEKSİN ASOSİYASYON ALANLARI VE

 

BEYİNİN BİLİŞSEL YETİLERİ

 

 

 

 

C.B. Saper,  S. Iversen  ve  R. Frackowiak

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Üç Multimodal Asosiyasyon Alanı Farklı Duysal Modaliteleri Bütünleştirmek ve Bunları Eylemle Birleştirmek ile İlgilidir

 

Asosiyasyon Alanlarının İşlevini Üç İlke Yönetir

          Duysal Bilgi Hem Dizinsel Hem Koşut İşlenir

          Korteksin Unimodal Alanlarından Kaynaklanan Duysal Bilgi Multimodal Alanlarda Toplanır

          Bilgi İşlem Dizini Motor Sistemde Tersindirilir

 

Prefrontal Asosiyasyon Alanları, Asosiyasyon Korteks İşlevini Betimler

          Eşeklerde Prefrontal Asosiyasyon Alan Lezyonları Motor Tasarımlamayı Olumsuz Etkiler

          Principal Sulkusu Çevreleyen Korteks İşletim Belleği Gerektiren Edimlerle İlgilidir

Prefrontal Asosiyasyon Alan Lezyonları İnsanlarda Davranış Tasarımını Olumsuz Etkiler

 

Asosiyasyon Alanlarının Etkileşimi, Kavrama, Biliş ve Bilinci Doğurur

 

Bilinçlilik ve Duysal Süreçleme Yolları İki Serebral Hemisferde Simetrik Dağılmamıştır

 

Genel Bakış

 

Son Söz: İşlevsel Görüntüleme, Bilişsel İşleve Özel bir Yaklaşım Sağlar

          İşlevsel MRG, Ardarda Görüntülerdeki Doku İşlev Değişikliklerini Yazdıran bir MRG Versiyonudur

          Radyoaktif İzleyicilerin Kullanımı ile Yaşayan Beyindeki Biyokimyasal Süreçler Görüntülenir

 

 

 

Farklı duysal modalitelere ayrı duysal sistemlerin aracılık ettiği ve farklı eylemlerin ayrı motor sistem bileşenlerini kullandığı, 1950lere kadar iyice ortaya konmuştu. Ancak, hala bilinmeyen, bu özgüllüğün, yüksek bilişsel işlevler için de geçerli olup olmadığı idi.  Birçok bilim insanı, karmaşıklığı nedeniyle bilişsel işlevlerin tüm beyin etkinliğini gerektirdiğini düşünmekteydi. Ancak, son 40 yılda tüm zihinsel işlevler beyinin belirli alanları ile ilişkilendirilmeye başlandı. Yine de bu tür işlevler birkaç kortikal alandan bilginin bütünleştirilmesini gerektirir. Buradan şu sorular doğmuştur: Nasıl olur da bu koşut ve dağılmış bilişsel bilgi işlem bir araya getirilebilmektedir? Bu iş hangi kortikal alanda gerçekleşir? Entegrasyon nasıl sağlanır?

Britanyada modern nörolojinin kurucusu J.H. Jackson, 1870lerde, korteksin hiyerarşik düzenlendiğini ve bazı kortikal alanların, ne saf duysal, ne saf motor, ancak, asosiyatif özellikte olup, yüksek entegratif işlevlere hizmet ettiğini söylerek bu sorulara en erken ve öncü yanıları vermiştir. Bu yapılara bugün asosiyatif alanlar diyoruz. Jackson’a göre bu alanlara atfedilen zihinsel işlevler, duysal bilginin yorumlanması, algıların önceki deneyimle ilişkilendirilmesi, dikkatin odaklaştırılması ve çevrenin araştırılmasıdır. Jackson bu savını, çok geniş olmasa da bazı kortikal lezyonların davranışta şaşılacak derecede karmaşık düzensizliklere yolaçtığı gözlemleri ile desteklemiştir.

O halde, asosiyasyon korteksleri entegratif etkilerini nasıl becerirler? Asosiyasyon alanları, karmaşık bilişsel işlevlere aracılık edebilirler çünkü, yüksek duysal alanlardan bilgi alır ve yüksek motor alanlara yöneltirler.

 

 

 

 

Üç Multimodal Asosiyasyon Alanı Farklı Duysal Modaliteleri Bütünleştirmek ve Bunları Eylemle Birleştirmek ile İlgilidir

 

Bugün Jackson’ın görüşü tümüyle kanıtlanmıştır. Her primer duysal korteksten, yakınındaki duysal kortekse uzantılar gider. Bunlara ünimodal asosiyasyon alanları denir ve tek bir duysal modaliteye aferent bilgi entegre ederler.  Örneğin, görsel asosiyasyon korteksi, beyine farklı yolaklarla ulaşan biçim, renk ve hareket bilgilerini bütünleştirir. Ünimodal asosiyasyon alanları da birden fazla modaliteyi entegre eden mültimodal duysal alanlara projekte olur. Sonunda, bu mültimodal duysal asosiyasyon alanları, frontal lobda, primer motor korteks rostralindeki mültimodal motor asosiyasyon alanlarına projekte olur. Yüksek motor alanlar duysal bilgiyi tasarlanmış hareketlere dönüştürür ve daha sonra premotor ve primer motor kortekste gerçekleştirilecek olan bu hareketler için yazılımı düzenler. Bu nedenle, primer korteksin iki farklı anlamı vardır: Primer duysal alanlar duysal bilginin kortikal işlem gördüğü ilk yerler, primer motor alanlar da motor buyrukların kortikal işlem gördüğü son yerlerdir.

Mültimodal asosiyasyon alanları duysal modaliteleri entegre edip duysal bilgiyi hareket tasarımı ile ilişkilendirdiğinden en yüksek beyin işlevlerinin (bilinçli düşünce, algı, amaca yönelik eylem) anatomik substratları oldukları düşünülür. Bu görüşe uygun olarak, bu asosiyasyon alanlarının lezyonları belirgin bilişsel bozukluklarla sonuçlanır.

Temel primer ve yüksek duysal ve motor kortikal alanlar ile serebral korteksin mültimodal asosiyasyon alanları Şekil 19-1de gösterilmiştir. Üç mültimodal asosiyasyon alanı özellikle önemlidir.

 

 

 

 

ŞEKİL 19-1

 

1.    Posterior asosiyasyon alanı: Paryetal, temporal ve oksipital lobların sınırındadır; birkaç duysal modaliteden bilgiyi algı ve dil yetileri için bağıntılandırır.

2.    Limbik asosiyasyon alanı: Serebral hemisferin iç kenarındadır; duygu ve bellek depolanması ile ilgilidir.

3.     Anterior asosiyasyon alanı (prefrontal korteks): Postsantral girusun rostralindedir; hareketin tasarlanması ile ilgilidir.

Tablo 19-1                Serebral Korteksin Temel İşlevsel Alanları

 

İşlev                                                                                                   Lob                                                     Özgül konum

 

Primer duysal korteks

Somaduysal                                                                                      Paryetal                                            Postsantral girus

Görsel                                                                                               Oksipital                                           Kalkarin fisür kıyıları

İşitsel                                                                                                 Temporal                                          Heschl girusu

 

Ünimodal duysal asosiyasyon alanları

Somatoduysal                                                                                   Paryetal                                            Posterior paryetal

Görsel                                                                                               Oksipitotemporal                           Oksipital ve temporal lobların

İnferolateral yüzey

İşitsel                                                                                                 Temporal                                          Superior temporal girus

 

Mültimodal duysal asosiyasyon alanları

Posterior mültimodal duysal entegrasyon                               Paryetotemporal                             Lobların kesişme noktası

(vizyospasyal konumlama, dil yetileri, dikkat)

Anterior mültimodal motor entegrasyon                                 Frontal                                              Prefrontal korteks, dorsal ve (motor tasarım, dil edimleri, yargılama)                                                                                               lateral yüzeylerde premotor

                                                                                                                                                                        Alanların rostrali

Limbik (duygu, bellek)                                                                  Temporal, paryetal                         Singulat girus, hipokampus,

                                                                                                            Frontal                                              parahipokampal girus,

Amigdala

 

Motor asosiyasyon korteksi

Premotor (motor hazırlık ve programlama)                            Frontal                                              Primer motor korteksin rostrali

 

Primer motor korteks

Motor korteks (bir vektör boyunca eklem hareketi)              Frontal                                              Presantral girus

 

 

Üç asosiyasyon alanının işlevlerine ilişkin bilgiler, insan serebral korteksinde travma, tümör, inme veya beyin cerrahisi  sonuçlarının gözlemi ile edinilmiştir. Özellikle cerrahi lezyonlar çok iyi tanımlanabildiğinden çok öğretici olurlar. Eşeklerde yapılan deneysel çalışmalar da çok yarar sağlamıştır. Son olarak da, bilişsel edimler / görevler yapan insanlarda sofistike radyolojik görüntüleme teknikleri ile beyin işlevleri konumlanmaktadır. 

Beynin hiç bir yerinde, özgül zihinsel işlevler ile beyin yapısı bağıntısı posterior paryetal kortekste olduğu kadar belirgin değildir. Bu alandaki lezyonlar, kişinin kendi gövdesinin farkındalığı ve içinde hareket ettiği uzama ilşkin bilincini olumsuz etkiler. İngiltere’de G. Holmes ve Rusya’da A. Luria I. Ve II. Dünya Savaşlarında yaralanan askerleri incelemişlerdir (Şekil 19-2A). Bu araştırmacılar, posterior paryetal asosiyasyon alanının kişinin dışındaki uzamın algısı ile ilişkili olduğunu ve görsel bir deneyime ait bileşenlerin tutarlı bir bütüne dönüştürülmesinde rol oynadığını bulmuşlardır.  Örneğin, bilateral posterolateral paryetal  lob lezyonlu askerlerin, görme keskinliği normal olmasına karşın görsel tarama yapamadıklarını ve bir nesneye uzanamadıklarını saptamışlardır. Ne gördükleri sorulduğunda, bütünsel görüntüyü anlatamamışlardır. Tüm bunlar, posterior asosiyasyon alanlarının farklı duysal modaliteleri entegre etmede ve bu bilginin davranışı yönlendirmede yaşamsal olduğunu ortaya koymuştur. Canlı ve uyanık eşeklerde yürütülen daha sonraki araştırmalar, dorsolateral posterior paryetal korteks nöronlarının hem görsel, hem de somatoduysal bilgi aldığını ve görme ile araştırma davranışının kontralateral görme alanındaki uyaranlara yönlendirilmesi ile ilgili olduğunu ortaya koymuştur.

 

ŞEKİL 19-2

 

Limbik asosiyasyon alanının dual (ikili; duygusal anlatım ve bellek oluşumu) işlevi, ancak,duygusal yönü ağır basan deneyimlerin bellekte yer edinebildiği gerçeğini açıklamaktadır. Her iki medial temporal lobu cerrahi olarak alınan ünlü hasta, H.M.nin davranışları (Şekil 19-2B) bu yapıların, kısa süreli belleği, uzun süreli belleğe dönüştürmedeki önemli ve seçici rolünü açıkça göstermiştir.  Eşeklerdeki nöroanatomik ve hücresel fizyolojik araştırmalar, hipokampus dahil, medial temporal lobdaki asosiyasyon alanlarının tüm asosisyasyon alanlarından bilgi aldığını ortaya koymuştur. Bu bağlantılar, hipokampusun yürümekte olan tüm bilişsel etkinliği örneklediğini ve tek bir olayın farklı yönlerini bağıntılandırarak, tutarlı bir deneyim olarak anımsanmasını sağladığını göstermektedir.

Son olarak da, davranışın yönetsel işlevleri olan yargılama, gelecek için planlama, daha ileri eylemler için bellek ve deneyimi düzenleme ve denetleme gibi süreçler anterior asosiyasyon alanına (prefrontal korteks) atfedilir. Beynin bu bölgesine ilgi, 19. Yüzyılda, P. Gage adlı demiryolu işçisi olgusu ile çekilmiştir. Bir patlama sonucunda, demir çubuk, işçinin frontal lobları arasına saplanmış ancak Gage sağ kalabilmiştir (Şekil 19 2C). İyileştikten sonra kişiliği önemli derecede değişmiş, önceden çalışkan ve güvenilir olan Gage, işsiz, sarhoş, evsiz ve sefil bir yaşam içinde sürüklenmiştir. Daha yakın zamanda gerçekleştirilen öçalışmalar da frontal lobun, geleceği düzenleme ve yargılama süreçlerindeki belirleyici önemini doğrulamıştır. Eşeklerde yürütülen koşut araştırmalar, dorsolateral prefrontal korteks nöronlarının davranış planlamada sürekliliği sağladığını göstermiştir. Örneğin, belirli bir nöron özgül davranışsal bir yanıt için komutlandığında, bazan dakikalarca sürekli deşarj yaparak mutlaka yanıtın ortaya çıkmasını sağlar.  Bu nöron deşarjı kestiğinde eşek ödevi tamamlayamamaktadır.

Primer duysal ve motor kortekslerin asosiyasyon alanları ile ilişkisi nedir? Serebral korteksteki bilgi işlemin hiyerarşik modeline göre, duysal bilgi, önce primer duysal alanlarda alınır ve yorumlanır, sonra, ünimodal asosiyasyon alanlarına, en son da mültimodal asosiyasyon alanlarına gönderilir. Bu akışın her sonraki adımında daha karmaşık bir analiz başarılır. Sonuçta, örneğin, görmede olduğu gibi nesne algılanır ve inferotemporal kortekste örüntü tanıma gerçekleşir.

 

Asosiyasyon Alanlarının İşlevini Üç İlke Yönetir 

 

 

        Korteksteki aferent duysal yolaklar ve asosiyasyon alanlarının araştırılması sonucunda, duysal bilgi işleme ilişkin olarak aşağıdaki üç ilke ortaya konmuştur:

 

1)  Duysal bilgi, birkaç koşut yolakta ve aşağıdaki istasyon dizini düzeninde işlenir: Periferik reseptörler, primer duysal korteks, ünimodal asosiyasyon alanları, hemisferin posterior bölümündeki mültimodal asosiyasyon korteksleri (posterior paryetal ve posterior temporal).

 

2)  Farklı modaliteleri temsil eden duysal bilgi, korteksin bilgiyi bütünleştirerek, çoğul-duysal olaya dönüştürdüğü alanlarda toplanır (konverjans).

 

3)  Duysal bilgiyi işleyen posterior asosiyasyon alanları, motor eylemleri tasarlamakla sorumlu frontal asosiyasyon alanları ile karşılıklı yoğun bağlantılar içindedir. Bu anterior asosiyasyon alanları, geleceğe ilişkin davranışları somut motor yanıtlara dönüştürür; örneğin açlığı bastırmak üzere yemek yemek gibi…

 

 

 

Duysal Bilgi Hem Dizinsel (Seri) Hem Koşut (Paralel) İşlenir

 

          Duysal bilginin kortikal süreçlemesi, en geniş olarak, görsel ve somatoduysal sistemlerde incelenmiştir. Ancak, bunlardan derlenen genel ilkeler tüm sistemler için geçerlidir. Görsel sisteme ilişkin konularda, bu süreçleme ayrıntısı ile görülecektir. Primer görsel korteks nöronlarının yalın duysal bilgi taşıyan aksonları, komşu sekonder duysal alan nöronlarında birleşir (konverjans) (Şekil 19-3).

 

ŞEKİL 19-3

         

Bu ikincil alanlar ünimodaldir. Bu alanlardaki nöronlar, girdilerine karşı seçici bir yanıt geliştirseler ve görsel imgenin daha karmaşık yönlerini sinyalleseler bile, işledikleri bilgi tamamen görseldir. Maymunda, temporal lobun görsel asosiyasyon alanlarındaki nöronlar, seçici olarak özellikle karmaşık bir biçime (örneğin, bir el) yanıt verirken diğerleri özgül yüzlere yanıt verir. İkincil alanların veya ünimodal asosiyasyon korteksinin haraplanmasında, agnozi (Yunancada bilmezlik) ortaya çıkar. İnsanda, ekstra-striat korteksin ventral alanları zedelenirse, görsel olarak sunulmuş nesneler tanınamazken, elle dokunarak biçim tanıma yetisi (apeseptif agnozi) bozulmaz. Bazı hastalar ise nesneyi algılar ve resmini doğru çizebilir fakat adlandıramaz (asosiyatif agnozi).

 

 

Ünimodal Alanlardan Kaynaklanan Duysal Bilgi Mültimodal Alanlarda Toplanır / Çakışır (Konverjans)

 

ŞEKİL 19-4

 

Yalnızca görsel, işitsel veya somatik bilgi iletmeye sınırlı duysal yolaklar prefrontal, paryetotemporal ve limbik kortekslerdeki mültimodal asosiyasyon alanlarında toplanır (çakışırlar) (Şekil 19-4). Buralardaki nöronlar, farklı duysal modaliteleri temsil eden sinyal bileşimlerine yanıt oluştururlar. Bunu, davranışın özgül bir yanı / yönü ile ilgili duysal uyaranın bir içsel temsilini yapılandırmak suretiyle gerçekleştirirler (şifreleme).

          Örneğin, inferior paryetal lobüldeki mültimodal duysal asosiyasyon korteksi, görsel dikkati, kontralateral görme alanındaki nesneye yönlendirme ile ilgilidir. Bu alandaki nöronlar, ortamdaki bir uyaranın konumuna ilişkin bilgi alırken aynı zamanda, bunun, kişinin kendine özel uzamı ile olan yersel / uzamsal (spasyal) bağıntısına ait bilgiyi de alır. Maymunlarda, bu alan nöronları, bir ödül görüntüsüne – eğer ödül elin uzanabileceği yerdeyse (kişisel uzam) – yanıt verir; eğer değilse (kişisel-dışı uzam), yanıt vermez. Bu nöronlar, aynı zamanda singulat korteksten (limbik asosiyasyon alanı) de oldukça özgül bilgi alırlar; öyle ki, duygu durumu bunların etkinliğinde önemli etkendir. Örneğin, maymuna, içi meyve suyu dolu bir şırınga gösterildiğinde, inferior paryetal lobül nöronları, hayvan susamış ise, doygun olduğuna göre çok daha şiddetli deşarj yanıtları verecektir.

          Inferior paryetal lobülün tek yanlı haraplanması, karşı taraf evreninin duysal ihmaline neden olur. İki yanlı hasar, evrenin iki yanının araştırılması davranışını yokeder (Balint sendromu). Böyle hastalar, sanki yalnızca dik açıda olanları görür gibi yaşarlar; görsel evrenlerindeki nesneleri konumlayamaz ve bu evrenin içsel temsilini yapılandıramazlar (amorfosentez).

          Angüler girustaki, dil yetileri ile ilgili bir bölge hem görsel girdi (okuma), hem de somatoduysal girdi (Braille) alır. Buranın hasarında aleksi (okuma bozukluğu) görülür. Seslendirilen sözün anlamının incelendiği bölge olan superior temporal lob (Wernicke alanı) hasarında, duysal afazi gelişir. Yürümekte olan duysal akıştan dile ilişkin bilgi özütleme ile ilgili bu güçlükler de, aslında karmaşık agnozi biçimleridir.

 

Bilgi İşlem Dizini Motor Sistemde Tersine Doğru İşler

 

          Posterior asosiyasyon alanlarının, frontal lobun asosiyasyon korteksi ile karşılıklı bağlantıları vardır. Bu ilişkileri çözebilmek için öncelikle, motor sistemlerdeki bilgi işlemin, tümüyle duysal sistemdeki dizinin tersi olduğunu anlamamız gerekir (Şekil 19-5). Motor tasarım, davranışın genel bir taslağı (özeti) ile başlar ve motor yolaklardaki süreçleme ile somut motor yanıtlara çevrilir. Frontal korteksin içindeki nöronların özgül motor yanıtlarla donanımsal (yapısal) bağlantıları bulunmaz. Daha çok, birbiri ile ilişkili bir dizi davranış sırasında belirli hücreler deşarj yaparlar. Karmaşık motor eylemler kadar, tek hareketler de, frontal lobdaki nöronların geniş ağlarının deşarj örüntülerinden kaynaklanırlar. (Motor kortekste kaslar değil, motor örüntüler temsil edilir).

         

ŞEKİL 19-5

 

Serebral korteksi terkeden son motor yolaklar, en çok, presantral girustaki primer motor korteksten kaynaklanırlar. Normal, aktif maymunların primer motor korteksindeki tek nöronlar, bir grup kasın belirli bir eklemi hareket ettirmek üzere kasılmasından önce deşarj yaparlar.

          Premotor korteks motor korteksin rostralindeki bir takım birbiri ile karşılıklı bağlanmış alanlardan oluşur. Broca 6 ve 8 ile hemisferin medial yüzündeki süplemanter motor korteksi içerir. Buradaki nöronlar, harekete hazırlanma evresinde aktiftir; asıl motor yanıt ortaya çıkmadan çok önce deşarj yaparlar (hazır olma potansiyeli). İnsanda primer motor korteks hasarı kontralateral hemiplejiye (istemli hareketin tam kaybı, postüral ve stereotipik istemsiz davranışın – reflekslerin korunması) neden olurken, premotor korteks lezyonları, kontralateral uzantıların tümüyle kullanılamaması (kavrama ve çekme gibi temel yetiler korunsa bile) ile sonuçlanır. Hasta, sanki, kontralateral uzantı hareketleri için gerekli motor programları yitirmiş gibidir. Bu duruma uzantı kinetik apraksisi denir. Eğer lezyon başat hemisferde ise, daha çok başat hemisferin öğrenilmiş motor programlarına dayalı işleyen aynı taraf uzantı hareketleri bile olumsuz etkilenir (sempatik apraksi).

         

 

Premotor korteks temel olarak, üç kaynaktan girdi alır:

 

1)   bazal gangliyon ve serebellumdan girdiler alan ventroanterior ve ventrolateral talamus,

2)   yürümekte olan motor yanıt hakkında bilgi sağlayan primer somatoduysal korteks ve paryetal asosiyasyon korteksi,

3)   prefrontal asosiyasyon korteksi…

         

Prefrontal Asosiyasyon Alanları, Asosiyasyon Korteks İşlevini Betimler

 

Prefrontal kortekste üç ana bölge vardır:                                                              ŞEKİL 19-6

1)   Lateral prefrontal korteks,

2)   medial prefrontal korteks ve

3)   orbitofrontal korteks…

Ortak özellikleri: Primatlarda geniştirler,

Granüler katmanda sonlanan mediodorsal

Talamik çekirdekten aferent girdi alırlar

(frontal granüler korteks), yönetsel işlevler

görürler.

2 ve 3 limbik (singulat ve amigdala) alanlarla

ilgili… En önemli işlevler:Gelecekteki davranışın

sonuçlarını tartmak / kestirmek ve buna göre

tasarlamak. Duruma göre sürekli, anlık düzeltmeler,

ince ayarlar yapmak, zaman sırasına göre dizmek.

Kısa erimli bellek (işletim belleği), planlama…

Bunun için gövde içi ve dışından duysal bilgiyi

değerlendirir / bütünleştirir, yakın geçmişteki

deneyimi çok etkin biçimde kullanır.

(Pencere 19-1)

 

 

PENCERE 19-1

 

Maymunlarda Prefrontal Asosiyasyon Alan Lezyonları Motor Tasarımlamayı Olumsuz Etkiler

 

1930larda, C. Jacobson maymunlarda                                           ŞEKİL 19-8

prefrontal alanı safdışı ettiğinde, geciktirilmiş

yanıt ve geciktirilmiş değiştirme ödevi

başarısının değiştiğini gözlemlemiştir.

Lezyonlu hayvanlar, ancak geciktirme

Olmadığında başarı göstermiştir.

Sonuç: Karmaşık bir motor ödev varsa, yanıt

anında çevrede ipucu yoksa ve yakın bellek

kullanılmak zorundaysa, bu alan çok yaşamsal

rol oynar; kısa erimli bellek ile ilişkilidir.

Ancak, lezyonları kısa erimli belleğin tüm

Yönlerini bozmaz; işletim belleğine sınırlı kalır.

          İşletim belleği 1974te bilişsel psikolog

A.   Baddeley tarafından tanımlanmıştır. Günlük

Yaşantı etkinliklerinin tasarım ve yürütülmesi,

“an be an” algı ile geçmiş deneyimin

entegrasyonunu gerektirir. Üç önemli bileşen:

1)   sözel bellek, 2) görsel bellek, 3) santral yönetici

bileşenler (dikkatin bir bileşenden diğerine

yönlendirilmesini eşgüder). İşletim belleği testleri (Pencere 19-2)

 

PENCERE 19-2

 

Principal Sulkusu Çevreleyen Korteks İşletim Belleği Gerektiren Edimlerle İlgilidir

 

Dorsal prefrontal korteksin asosiyasyon alanları, principal sulkusa göre üç bölgeye ayrılır: 1) sulkus çevresindeki korteks, 2) sulkus ventralindeki korteks, 3) sulkus dorsalindeki korteks (Şekil 19-6). Hepsi de işletim belleği ve motor tasarım ile ilişkilidir.

Bu bölgenin lezyonunda, eşekte, geciktirilmiş yanıt ödevinde başarı bozulur. 1971de, J. Foster ve G. Alexander, bu bölge nöronlarının yalnızca (çoğu kez kontralateral yarı alanda) görme alanının belirli bir konumundaki uyaranlara yanıt verdiğini gösterdiler. Bu durum, özellikle, bu bölgeye göz ve uzantıları yönlendirme ödevleri için geçerlidir. Bu bölge etkinliği özellikle davranışın sürdürülmesini sağlar.

P. Goldman-Rakic, C. Bruce ve Ark. bu bulguları doğrulamış ve prefrontal nöronların yalnızca görme alanındaki özel yerleri anımsamak için değil, gözleri bu yerlere yönlendirmek için de gerekli olduğunu göstermişlerdir. Göz hareketleri, hayvanın işletim belleğinin bire bir monitörlenmesini sağlar.

 

 

ŞEKİL 19-10

 

Prefrontal bölge nöronları, bir ipucu gösterildiğinde deşarj hızını artırır ve bunu görüntünün olmadığı gecikme süresince sürdürür (Şekil 19-10). Principal sulkus nöronları bellek alanlarına sahiptir!

Ayrıca, uzamdaki farklı noktalar (belirli açılarda sunulan görüntüler) farklı nöronları uyarır. Bu yanıtlar yalnız bu açılardaki görüntülere özgüldür (yer / uzam hücreleri) (Şekil 19-11). Nöronlardaki ateşleme 30 san.den kısa sürer. Eğer birkaç 10 san. gibi sürelere uzarsa, ara veya kısa erimli bellek depolarına girer. Bu durumda, artık, işletim belleği değil, kısa erimli bellek mekanizması işin içine girer.

Bu yanıt, prefrontal bölgenin, kontralateral görme alanının tüm taslağını içerdiğini gösterir. Bunun kanıtı, principal sulkus kıyısındaki çok sınırlı bir lezyon sonucunda, yine çok özgül bir açıya yanıtın yitirilmesidir. Bunlara, görsel kör noktalar (skotomlar) denir.

 

 

ŞEKİL 19-11

 

       Baddeley’nin insan çalışmaları doğrultusundaki daha yeni maymun ve insan çalışmaları, işletim belleğinin modüler olduğunu ve prefrontal asossiyasyon alanının farklı bölgelerinin görsel belleğin değişik yönleri ile ilişkili olduğunu göstermiştir. Beyin görsel görüntü analizini iki temel koşut yolak ile yürütür: 1) inferior temporal lobdan geçen ventral yolak ki, nesnelerin renk ve biçim bilgilerini (görsel imgenin neye ait olduğu bilgisi) süreçler, 2) posterior paryetal korteksten geçen dorsal yolak ki, nesnelerin konum bilgilerini (görsel imgenin uzamdaki hangi konumda / nerede bilgisi) süreçler.

          Sulkus ventrali ne bilgisini, dorsali, nerede bilgisini depolar. Bu bölgedeki bazı nöronlar her iki bilgiyi de depolar ve entegrasyon birimleridir. PET çalışmaları, bu vizyospasyal bellekle ilgili bölgelere ek olarak, bilişsel çalışmaların ortaya koyduğu sözel bellek için de bir odak bulunduğu savını doğrulamıştır. Spasyal algıdan sorumlu posterior paryetal asosiyasyon korteksi, prefrontal kortekse projeksiyonlar yapar ve işletim belleği ile ilişkili bölgelerle ve göz ve el hareketlerinin tasarım ve eylemi ile ilgili motor bölgelerle bağlantılar yapar. Günlük koşullarda, karmaşık davranışların tasarım ve eylemi için frontal asosiyasyon alanları, posterior paryetal ve limbik asosiyasyon alanlarına başvurmak zorundadır. Anatomik çalışmalar, bu iki alanın çapraz işleyiş gösterdiğini ortaya koymuştur. 

 

 

Prefrontal Asosiyasyon Alan Lezyonları İnsanlarda Davranış Tasarımını Olumsuz Etkiler

 

          Frontal lob hasarında, çevre uyaranlarına yanıtlar normal değildir. Prefrontal a a hasarında, günlük yaşam başarı ve düzenleri çok bozulur. Ancak, genel zeka, algı, uzun erimli bellek şaşırtıcı biçimde korunur.

          İnsan ve diğer hayvanlarda prefrontal alan, özel önem taşıyan dopaminerjik bir girdi alır. Bu yolaktaki DA kaybı, lezyonlara benzer sonuçlar doğurur. Bu durum 6-hidroksiDA enjekte edilen hayvanlardaki geciktirilmiş yanıt ödevlerindeki başarısızlıklarda gösterilmiştir. Bu Daerjik sistem bozukluklarının, şizofrenideki düşünce bozukluklarına katıldığı öne sürülmüştür. Şizofrenlerin beyin görüntülemeleri, prefrontal hipofonksiyonu doğrular. Prefrontal etkinlik gerektiren Wisconsin Kart Ayırma Testinde  (Pencere 19-1) şizofren bölgesel kan akımları normallere göre çok daha az artar. Ancak, bu hastalar, bu testteki başarıları nedeniyle ödüllendirildiklerinde, bölgesel kan akımları aşırı derecede artar.          

 

 

 

Asosiyasyon Alanlarının Etkileşimi, Kavrama, Biliş ve Bilinci Doğurur

 

       Dorsolateral prefrontal a. k. ve paryetal a. k., a. korteksindeki en yoğun karşılıklı bağlantılar içeren alanlardır; birçok ortak kortikal ve subkortikal yapıya uzantıları vardır (Şekil 19-12).

 

 

ŞEKİL 19-12

 

          Posterior ve anterior a.a. etkileşimleri davranışı yönlendirmede kritik rol oynar. Arkadaki nöronlar uyaran sona erse de deşarjı sürdürür. Hatta bu nöronlar, eylemi engellenmiş ama niyetlenilmiş / tasarlanmış bir motor etkinlikte bile deşarj yapar. Yani karmaşık bir davranışın duysal yönleri ile daha sıkı bağıntılıdır. Premotor korteks nöronları, ancak motor çıktı varsa deşarj yapar. Posterior ve anterior a. a. etkileşimleri bir eylemin gerçekleşip gerçekleşmeyeceğini ve motor yanıtların zamansal örüntüsünü belirleyicidir.

          19. yüzyıl sonunda, H. Jackson, uyumlu / tutarlı kişideki bilinç duyumunun, beyindeki belirli bir sistemin işlevi olarak düşünülemeyeceğini belirtmiştir. Daha çok, asosiyasyon kortekslerinin bir “harekatı” olduğunu söylemiştir. A. a.nda fokal lezyon olan hastalar, belirli uyaranlara karşı seçici ve sınırlı bir kendinin farkında olma kusuru gösterirken, başat olmayan sağ paryetal lobun geniş bir lezyonu sonrasında, hastalar, kontralateral dünyadan tamamen habersiz kalır, bunlarda, “sol” kavramı yokolur. Wernicke alanı lezyonu sonucunda ise, hasta, dilin simgesel içeriğinden habersiz olacaktır.

          Sözde ayrık beyinli (epilepsi yönetimi için korpus kallozum ve anterior komisür kesili) hastada, birbirinden bağımsız iki ayrı bilinçli ben vardır. Genellikle başat olmayan (sağ) hemisfer “sessiz” olduğundan, yalnızca “konuşan” hemisferin bilinçli olduğu sanılır. Oysa, yalnızca sağ hemisfere sunulan bilgiye dayalı davranış seçimlerine zorlanan kişide, yalnızca, sağ hemisferin aracılık ettiği birçok bilişsel işlev tanımlanabilecektir.

 

 

Bilinçlilik ve Duysal Süreçleme Yolları İki Serebral Hemisferde Simetrik Dağılmamıştır

 

                                                                        Memelilerin çoğunda, serebral hemisferlerde duysal işlem asimetrilerine rastlansa da, insanda bu özellik - karmaşık simgesel davranışa dayandığımızdan – çok abarmıştır. Dil, matematik, muzikal okumalar en belirgin örneklerdir ama, simgesel temsil, neredeyse tüm insan davranışının en önemli bileşenidir.  Yine de bazı etkinlikler, hatta konuşma bile, bir yere kadar iki hemisferi de gerektirir. Başat hemisfer (genelde sol) sözcüklerin anlamı, diğer hemisfer ise entonasyon, duygusal jestler, yüz anlatımları ile ilgilidir.

Başat olmayan hemisferin uzamın analizi ile ilgisi, dikkatteki kritik rolü ile ortaya çıkar. Gövdenin yarısının duysal ihmali, sağ paryetal lezyonda soldakine göre çok daha ağırdır. Bu bazan öylesine aşırı olur ki, kişi o yanını yok bildiğinden hastalığını bile yadsır.

Harekette de işlevsel farklılaşma vardır. Bir hayvan ile insandaki susama ile güdülenen davranışlar dizini çok farklıdır. Hayvanda, dürtüsel, öğrenilmemiş ve doğrudan su içme ile ilişkili davranışlar varken, insanda, bir dizi öğrenilmiş davranıştan sonra, ancak son adım su içme ile doğrudan ilişkili olur. 

Başat hemisfer, amaçlı davranışı düzenler ve eşgüder. Başat paryetal Broca 5 hasarı apraksiye neden olur; öğrenilmiş davranışlar başarılamaz. Başat frontal bölge hasarı da, her iki elde ince, akıcı, düzenli becerileri bozar.

Hemen tüm sağlaklarda sol hemisfer dil yetileri vardır. Solakların %25inde konuşma merkezleri sağda, çoğunda yine soldadır. R. Sperry, M. Gazzaniga ve J. Bogen, bir takistoskop kullanarak, ayrık beyinli kişilerin sağ veya sol görme alanlarına görsel uyaran uygulamak suretiyle, görme ve dil yetilerinin birbirinden bağımsız olduğunu kanıtlamışlardır. Bu kişilerde, görsel bilgi yalnızca zıt hemisfere projekte olur (Şekil 19-13).

 

ŞEKİL 19-13

 

Ayrık beyinli kişinin sağ görme alanına elma gösterilince hemen “elma” demiş, sola gösterilince başaramamıştır. Bu, sağ hemisferin kör olduğunu göstermez; eğer sol eli ile dokunsa hemen tanıyabilecektir. Yani, görsel uyaranlar yalnızca sağ hemisfere sınırlanınca, hasta “adlandıramaz” fakat sözel dışı yollarla tanımlar. Bu anomi, sağ hemisferin, konuşmasa da, algılayabildiğini, öğrenebildiğini, anımsayabildiğini ve motor ödevler için komutlayabildiğini gösterir.

Sağ hemisferin ilkel bir dil anlama yeteneği vardır; çok yalın konuşmaları anlayabilir.

Sağ hemisferin daha iyi olduğu algısal ödevler de vardır. Bloklarla desen oluşturmada sol el daha beceriklidir; yani sağ hemisfer spasyal becerilerde daha başarılıdır.

Normal beyinde, iki hemisfer etkileşim ve haberleşmesi bazı beceriler için zorunludur. Sonuçta, izole hemisfer kapasiteleri çok farklılık gösterse de, bağlı olduklarında, sözel veya diğer bir çok ödevde birbirlerine yardım etmektedirler.

 

 

 

Genel Bakış / Özet

 

       Bilişsel süreçlerin nörobiyolojik analizi, en karmaşık beyin işlevlerinin bile özgül bölge bileşimlerine konumlandığını göstermiştir. Konumlanmanın klinik önemi büyüktür; belirli semptomların belirli hastalıkları karakterize ettiğini bu özellik açıklar. Yine de, işlevin yere / yapıya özgü, ya da sinir sisteminin bütünsel ürünü mü olduğu sorunsalı diyalektik bir konudur.

        Burada, 19. Yüzyılın “frenoloji”si (Gall) yerine, nöron veya nöron grupları etkileşim ve etkinliği ile açıklanan “mikrofrenoloji” anlayışı daha yerindedir.

        Sinir sisteminin hiç bir bölgesi tek başına, bütün olarak işlediği gibi işleyemez. Beyinin bir bölümü saf dışı kaldığında, hayvanın davranışı, yitirilene ait kapasite kaybı değil, elde kalanlarının uyum ile iyileştirilmesi / mükemmelleştirilmesi (plastisite; rehabilitasyon) ile açıklanır. Bu nedenle, herhangi bir bilişsel işlevin (düşünme, bellek, algı, dil yetileri) nöral temelleri, beyinin tek bir bölgesine odaklaşıp, diğerleri ile bağıntılarını hesaba katmadan anlaşılamaz.

 

Dip Not: İşlevsel Görüntüleme, Bilişsel İşlevi Değerlendirmek için Eşsiz bir Yaklaşımdır

 

       Canlı beyinde işlevsel görüntüleme, özellikle, bilişsel süreçlerin değerlendirilmesi yaklaşımları, son 20 yılda çok gelişmiştir. Böylece, bir çok soruya yanıt getirebilmektedir: Duysal girdi beyinde nasıl haritalanır ve karmaşık bir duysal temsil nasıl yapılanır? Duysal ve motor temsiller, motor eylemleri yönlendirmek üzere nasıl etkileşir? Bellek, dil yetileri ve duygular gibi karmaşık bilişsel işlevler nasıl düzenlenir? Yanıtlar, büyük nöron gruplaşamaları, ağları ve sistemleri düzeyinde aranmaktadır.

          Üç boyutlu beyin görüntüleme, 1970 ve 1980lerde, X ışınlı bilgisayarlı tomografi ve manyetik rezonans görüntüleme ile başlamıştır ve halen çok yaygın kullanılmaktadırlar. Yapısal / statik bilgi sağlarlar.

          BT: Deneğin kafası çevresinde dönen X ışını emisyonlu bir tüptür. Karşı tarafta da detektörler bulunur. Yapıların yoğunluk farkına göre ve çoğul sayıdaki emitör ve detektörlerin farklı açılardaki konumları sayesinde, bazı matematik formüllerin de uygulanması ile üç boyutlu görüntüler elde edilir.

          MRG: Beyin anatomisini daha ayrıntılı görüntüler (Şekil 19-15, 19-16, 19-17). Bu beyin dokusuna uygulanan değişken manyetik alanlarla elde edilir. Belirli atomların, örneğin hidrojenin çekirdeği (protonları), bir radyo frekans pulsu uygulanınca rezonansa gelir (Pencere 19-3).

 

Şekil 19-15

 

Şekil 19-16

 

ŞEKİL 19-17

 

PENCERE 19-3

 

Farklı maddelerin / yapıların (su veya yağ) farklı proton özellikleri vardır. Ayrıca, farklı yapı protonları iki relaksasyon etkenine (T1 ve T2) göre tanımlanırlar. Böylece, proton rezonansı yağda, suda, ak veya gri maddede, hücre içi ve dışında, kanda, BOSta farklılık gösterir. Dokunun bazı fiziksel özellikleri de görüntülenebilmektedir. Örneğin, difüzyon tartımlı görüntüleme ile suda anormal biçimde difüze olan hidrojen iyonları ve iskemi - hipoksi sonrasında hücreye giren iyonları gösterebilmektedir. Bu teknik inme hasarının gelişimini duyarlı olarak değerlendirmek üzere geliştirilmektedir. Ayrıca, MRG ile, BTdekinden daha çok sayıdaki açıdan (her düzlemdeki her düzeyden kesitler ile) beyini tüm derin yapıları ile görüntülemek olanaklıdır. 

          Rutin MRGde çözünürlük 1 mmdir. Çözünürlük, manyetik alanın gücü ve kısmen MRG puls tekniği ile saptanır (Tablo 19-2). Yakın geçmişe kadar, mıknatısların alan gücü 1.5 tesla idi. Bugün 4 teslaya kadar mıknatıslar kullanılabilmektedir ki bu da 1 mmden daha düşük çözünürlük sağlar.

 

 

İşlevsel MRG, Ardarda Görüntülerdeki Doku İşlev Değişikliklerini Yazdıran bir MRG Versiyonudur

 

        Birkaç fMRG yöntemi vardır. En önemlisi, kan oksijen düzeyi deteksiyonuna (BOLD: bazıları henüz açıklanamayan birkaç değişkenin oluşturduğu beyin etkinliği endeksidir) dayanır. BOLD sinyali, oksihemoglobinin deoksihemoglobine oranını (ki, kan hacmi, akımı, metabolizma ve perfüzyona göre farklılaşacaktır) yansıtır.

          Oksihemoglobin manyetik, deoksihemoglobin paramanyetiktir. Uyarılmış beyin bölgelerindeki artmış kan akımı, yerel metabolizma için hemen gerekli olandan daha fazla oksijenli kan sağlar; bu da deoksiHb yoğunluğunu düşürür. Çevreleyen dokudaki yerel manyetik özelliklerin değişmesi ile MRGdeki görüntü yoğunluğu da farklılaşır. BOLD, serebral kortikal etkinliği ölçmek için çözünürlüğü PETten daha yüksek ve duyarlı bir yöntemdir (Şekil 19-22). Yalnız, görece yavaş değişen oksijenlenmeye değil de, aynı zamanda, kan hacmine de bağlı olduğundan, BOLDun zamansal çözünürlüğü saniyeler düzeyindedir.

 

ŞEKİL 19-22

 

 Radyoaktif İzotop İşaretleme ile Canlı Beyindeki Biyokimyasal Süreçler Görüntülenir

 

        Pozitron emisyon tomografi (PET), iz miktarda radyoaktif izotop deteksiyonu ile sağlanan duyarlı bir görüntüleme yöntemidir. Bu izotoplar, biyolojik önemi olan molekülleri pozitron yayarak etiketler. Kana verildikten sonra, bu Rİİ moleküller, beyine ulaşır ve bölgesel kan akımı ve metabolizma değişikliklerine ilişkin görüntüsel bilgi sağlar. Ayrıca, Rİİ transmiter veya ilaçlar, bağlanma ve geri alıma ilişkin bilgi sağlar (Pencere 19-4).

 

PENCERE 19-4

 

Glukoz metabolizma ölçümü için 18F-deoksiglukoz kullanılır (Şekil 19-24).

 

ŞEKİL 19-24

 

Bu madde nöronlara glukoz gibi alınsa da metabolize olmaz, hücrede birikir; biriken miktar, glukoz metabolizma hızını yansıtır. L. Sokoloff ve Ark. bu ölçümün yerel nöral etkinliğin değerlendirilmesi için güvenilir olduğunu kanıtlamıştır. Glukoz kaynaklı enerjinin çoğu, deşarj yapan nöronlarda iyon gradyanını (sodyum-potasyum ATPaz) dengelemek için kullanılır; yani, glukoz en çok sinaptik bölgelerde alınır.

Yerel kan akımı değişiklikleri, glukoz tüketimi ile doğru bağıntı içindedir; yani, yerel nöronal etkinliği yansıtır (Şekil 19-25). Kan akımını ölçmek için birkaç izotop, özellikle de H215O kullanılır. Artmış glukoz ve oksijen alımı için gerekli  olan artmış kan akımı, iyon ve metabolitlere bağlı değildir. Daha çok uyarılan nöronlardan kaynaklanan bir aracı, olasılıkla, nitrik oksidin endoteli gevşeterek kan akımını artırdığı düşünülmektedir. Ancak, unutulmamalıdır ki, enerji hem eksitatör, hem de inhibitör sinapslarda tüketilecektir. Bu nedenle nöral eksitasyon ve inhibisyon ile serebral enerji tüketiminin aktivasyon ve deaktivasyonu karıştırılmamalıdır. İskemi gibi bazı patolojik durumlarda, kan akımı ile metabolizma arasındaki sıkı bağıntı bozulur.

Özgül reseptör ligandlarının analoglarını işaretlemek için farklı izotoplar kullanılır (Şekil 19-23 ve 19-26). Bunlar güvenlidir, yarı ömürleri çok kısadır (2 dak). Modern düzeneklerde, tüm beyin bölgesel kan akımı, 40-90 san.lik 12 tarama seansı ile görüntülenebilir. Derin ve yüzeyel yapılar aynı duyarlıkta görüntülenir. Kısa yarı ömürlü radyoizotoplar hemen PET yakınındaki siklotronlarda üretilmek zorunda olduğundan, bu yöntem, hem pahalı, hem de zahmetlidir. Ancak, belirli araştırma merkezlerinde bulunmaktadır.

Tek foton emisyonlu bilgisayar tomografi (SPECT), PETe benzeyen bir tekniktir, ancak, kısa ömürlü izotop gerektirmez ve daha yaygındır. SPECT, gamma ışını formunda, tek foton radyasyonu yayan radyoizotoplardan (zenon-133, iyodin-123, teknesyum-99 gibi) yararlanır. Düşük yersel çözünürlüğü ve duyarlığı nedeniyle kullanımı sınırlıdır. Yine de serebral kan akımı ve radioaktif işaretli ligand dağılımına ilişkin değerli bilgiler sağlar.

 

ŞEKİL 19-23

 

ŞEKİL 19-25

 

ŞEKİL 19-26

 

İşlevsel görüntüleme teknikleri, belirli beyin alanlarında görülen yapısal değişiklikler ile metabolik anomalileri tanımlamaya ve bunlarla davranış bozuklukları arasında bağıntılar kurmaya yarar. Ayrıca, normal deneklerde, bilişsel işlevlerin iyi yapılandırılmış / denetlenen ödev / testlerle araştırılmasını, yapı-işlev-davranış bağıntılarının anlaşılmasını sağlar (Şekil 19-27).

 

ŞEKİL 19-27