DUYSAL VE MOTOR İŞLEV ENTEGRASYONU:
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. Jacksona 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 Jacksonın
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. İngilterede G. Holmes ve Rusyada 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
Baddeleynin
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 frenolojisi
(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