33                                                              Principles of Neural Science

 

 

HAREKETİN DÜZENLENMESİ

 

Claude Ghez & John Krakauer

 

 

 

Motor Sistemler Refleks, Ritmik ve İstemli Hareket Oluştururlar

 

Refleks ve Ritmik Hareketler Stereotipik Örüntülü Kas Etkinliği ile Oluşur

İstemli Hareketler bir Amaca Yöneliktir ve Geri- ve İleri-bildirim Mekanizmaları Sonucu Yineleme ile Gelişir

 

İstemli Hareketler Psikofiziksel İlkelere Uyar

 

Motor Hareketlerin Bazı Ortak Özellikleri Vardır ve Motor Programlar Tarafından Yönetilir

Tepkime Zamanı Süreçlenen Bilgiye Göre Değişir

İstemli Hareketlerde Hız ile Kesinlik (İncelik) Ters

Bağıntılıdır

 

Motor Sistemler Hiyerarşik Düzenlenmiştir

       

Omurilik, Beyin Sapı ve Önbeyinde Giderek Daha

Karmaşık Özellikte Motor Devreler Bulunur

Serebellum ve Bazal Gangliyonlar Kortikal ve Beyin Sapı Motor Sistemleri Etkiler

Motor Yolakların Lezyonları Pozitif ve Negatif Belirtilere Yol Açar

 

Spinal Motor Nöronlar Hareket Eylemini Yerine Getirir

 

Beyin Sapı Spinal Motor Devrelerin Etkinliğini Etkiler / Değiştirir

Serebral KorteksBeyin Sapı ve Omurilikteki Motor Nöronların Etkinliğini Etkiler / Değiştirir

 

Serebral Korteks Spinal Motor Nöronlarına Hem Doğrudan, Hem de Dolaylı Yoldan Etkir

Serebral Korteks Beyin Sapı Motor Nöronlarına

Kortikobulber Yolak Aracılığı ile Etkir

Motor Korteks Hem Kortikal, Hem de Subkortikal

Girdilerden Etkilenir

 

Genel Özet

 

 

Giriş

        Daha önceki derslerde, beynin, farklı duysal sistemlerden gelen bilgileri bütünleştirerek, nasıl evrenin iç temsilini yapılandırdığını gördük. Bu temsil, amaca yönelik hareketlerde, motor sistemlerin tasarımlayıp, eşgüttüğü ve eyleme geçirdiği motor programların çerçevesini oluşturur. Bu derslerde, beynin ve omuriliğin motor sistemlerinin nasıl denge ve postürü sağlayıp, sürdürdüğünü, beden, kollar, bacaklar ve gözleri nasıl hareket ettirdiğimizi ve konuşma ve beden dili ile nasıl iletiştiğimizi göreceğiz. Fiziksel enerjiyi nöral işaretlere dönüştüren duysal sistemlerin tersine, motor sistemler, nöral işaretleri, kaslarda kasılma gücüne dönştürerek hareketleri oluşturur.

          Bir balerinin başarılı pivotu, bir tenisçinin bekhendi, bir piyanistin parmak tekniği, okuyucunun eşgüdümlü göz hareketleri, hiçbir robotun yaklaşamayacağı, olağanüstü derecede motor beceri gerektirir. Ancak, bir kez eğitildiklerinde, motor sistemler, tüm bunları büyük bir rahatlıkla ve büyük bölümünü otomatik olarak ortaya koyarlar.

          İnsanların, bir yandan bilişsel bir işlev görürken bir yandan da beceri gerektiren hareketler yapabilmesi – örneğin, araç kullanırken düşünmek veya yürürken konuşmak gibi – esneklik ve başka hiçbir hayvanda bulunmayan beceriler gerektirir. Başka bir çarpıcı özellik de, en karmaşık bir motor iş sırasında bile gerekli eklem hareketleri ve kas kasılmalarını hiç düşünmeden ortaya koyabilmemizdir. Belirli bir işi (araba sürmek, bazı hareket dizinlerini tasrımlamak, belirli bir anda hareket etmeye karar vermek) yerine getirme niyetimizin farkında / bilincinde olsak bile, hareketlerimizin ayrıntıları genelde otomatik olarak ortaya çıkar: Aynı, bir tenisçinin servis atarken, hangi kaslarını hangi sıra ile etkinleştireceğini bilmesi veya bunun bilincinde olması gibi… Hatta, eğer, böyle bir davranışa girilirse, sporcunun performansı bozulacak / düşecektir. Yani, hareketin an be an kontrolünde, bilinçli süreçler gerekli değildir.

          Otomatik olarak yerine getirilen normal hareketin akıcı, pürüzsüz ve zahmetsiz nitelikleri, görsel, somatoduysal ve postüral bilgilerin düzenli olarak motor sistemlere “akmasına” bağlıdır. Görme, hareketi yönlendirmede özellikle önemlidir ve nesnelerin konum ve biçimlerine ilişkin kritik bilişsel bilgi sağlar. Görmeyenler, uzamı, daha uzun süreçleme zamanı gerektiren değisel ve kinestetik ipuçları ile araştırır ve belleklerindeki temsillere dayalı olarak hareket ederler. Benzer biçimde, kol ve bacaklarda somatik duyu kaybı olunca, postür ve hareket düzensizlikleri ortaya çıkar. Vestibüler duyu kaybı da denge ve yönelim (oryantasyon) bozukluğuna neden olur.

          Motor işlerin daha karmaşık yönleri ile motor hiyerarşinin daha yukarı düzeyleri ilişkilidir. Bu motor temsil hiyerarşisi, buna koşut duysal girdi hiyerarşisine dayanır; yukarı gittikçe özütlenen duysal bilgi daha karmaşıklaşır. Hiyerarşi ilkesi, ilk kez, XVIII. Y.Y. da, önbeyin ve beyin sapından ayrılan omuriliğin de bazı düzenli hareketleri yapabildiğinin gösterilmesi ile doğmuştur. Görece otomatik davranışlar, soluma veya koşma gibi ritmik hareketleri olduğu kadar, diz germe veya öksürme gibi refleksleri de içerir. Duysal uyaranlara karşı örüntülenmiş yanıtlar, kesinin düzeyine göre farklılık gösterir. Bu nedenle, bu farklılıklar, bir lezyonun düzeyi ve aferent - eferent yolakların bütüncüllüğüne ilişkin önemli klinik belirleyici bilgi sağlarlar.

          Refleksler ve otomatik ritmik hareketler, istemli hareketlerdeki sonsuz çeşitliliğin aksine, son derece stereotipik olduğundan, önceleri, bu ikisinin nicel farklılığı olan nöronal mekanizmalarla kontrol edildiği düşünülmüştü. Ancak, XX. Y.Y. ın başında, İngiltere’de Charles Sherrington, istemli hareketin, beyin tarafından birleştirilen refleks yanıt zincirlerini temsil ettiğini ortaya attı. Bu doğru olmasa da, omurilik, refleksleri eşgüden yerel devreler içerir ve aynı devreler, daha yüksek merkezler tarafından yönetilen daha karmaşık istemli hareketlerde de rol alır.

          Bu bölümde, önce, çeşitli sınıf hareket ve eylemleri yöneten ilkeleri gözden geçireceğiz. Hareketin motor psikofiziksel araştırmalarının niyet edilmiş hareket ile performans arasındaki kantitatif ilişkiyi nasıl açıkladığını öğreneceğiz. Bu araştırmaların yasa-benzeri sonuçları, motor sistemlerin işleyişini aydınlatacak. Yalın kas kasılmalarından ince ve karmaşık amaçlı hareketler oluşturabilen motor sistemlerin – yerel spinal refleks devrelerden beyin sapı ve serebral korteks devrelerine kadar – anatomik düzenlenmesini inceleyeceğiz.

 

 

 

Motor Sistemler Refleks, Ritmik ve İstemli Hareketler Oluşturur

 

Farklı duysal modaliteler olduğu gibi, hareketin de birbirinden farklı üç kategorisi vardır: Refleks, ritmik ve istemli…

 

Refleks ve Ritmik Hareketler Stereotipik Örüntülü Kas Etkinliği ile Oluşur

 

Refleksler, periferik uyaranla ortaya çıkan, istemsiz eşgüdümlü kas kasılması ve gevşemesi örüntüleridir. Tipik olarak, üst merkezlerden omuriliğe inen motor yolakları kesilen hayvanlarda (kesi düzeyine göre deserebre veya spinal hayvanlar) gösterilmişlerdir. Farklı reflekslerdeki spasyal ve temporal kasılma örüntüleri, uyarılan duysal reseptör tipine göre değişik olarak ortaya çıkar. Kas reseptörleri germe reflekslerinin, deri reseptörleri geri çekme reflekslerinin oluşmasına aracılık eder. Reflekslerde, bir uyarana yanıt olarak kasılan belirli kaslar, uyaranın yerine göre değişir. Buna, yerel işaret gerçekliği denir. Dış koşullar aynı kaldığı sürece, belirli bir uyaran, tekrar tekrar aynı yanıta yol açar. Ancak, hem yanıtın şiddeti, hem de reflekslerin yerel işareti modüle edilebilir; bu mekanizmalar, davranışın bağlamına göre, aferent lif bağlantılarının örüntülerini spinal ara nöronlara ve motor nöronlara dönüştürür. Refleksler 36. Bölümde daha ayrıntılı incelenecektir.

          Spinal reflekslerde girdiler ile çıktılar arası bağlantıları anlamak çok önemlidir çünkü motor sistemler, karmaşık amaçlı hareketlerde kasları eşgütmek için bu devreleri kullanır. Ayrıca, çeşitli spinal refleksler, aferent-eferent yolak bütüncüllüğünü ve bir lezyonun düzeyini tanımlamak için klinik testlere tabi tutulur.

          Yinelenen ritmik motor örüntüler, çiğneme, yutma, kaşıma ve dört ekstremiteli lokomosyonda, iki yanlı, sıralı ve değişken fleksör ve ekstansör kasılmalarını içerir. Bu hareketlerin devreleri, omurilik ve beyin sapındadır. Bu örüntüler bazan kendiliğinden oluşabilse de, daha çok, periferik uyaranlarla ortaya çıkar.

 

İstemli Hareketler Amaca Yöneliktir ve Tekrar ile Geri- ve İleri-bildirim Mekanizmaları Sonucu Gelişirler

 

Reflekslerin aksine, istemli hareketler, özgül bir amacı gerçekleştirmek üzere başlatılır. İstemli hareketler tabii ki dış olaylarla başlatılabilir; örneğin, trafik lambası kırmızı yanınca frene basar, havalanmış bir top gördüğümüzde yakalamak için koşarız. İstemli hareketler, tekrar ile gelişir çünkü, çevredeki fiziksel engelleri aşmayı / dışlamayı öğreniriz.

Sinir sistemi bu dış “müdahilleri” aşmayı / düzeltmeyi iki yolla öğrenir. Birincisi, duysal sinyalleri monitörler ve bu bilgiyi doğrudan o kol veya bacağına etkiyecek biçimde kullanır. Bu an be an kontrole geribildirim (dönüt) denir. İkincisi, sinir sistemi, aynı veya farklı - örneğin görme, işitme ve deği gibi – duyuları, bu müdahilleri saptamak ve deneyime dayalı proaktif stratejiler başlatmak için kullanır. Bu moda da ileri-bildirim denir. Bu iki kontrol biçimi için gereken bilgi işlemi kavramak, motor sistemlerin postür ve hareketi nasıl kontrol ettiğini anlamanın temelini oluşturur.

Geri bildirimli kontrolde (servo-kontrol da denir) sensörlerden gelen sinyaller, referans sinyali olarak temsil edilen, istendik bir durum ile karşılaştırılır. Aradaki fark veya hata sinyali, çıktıyı düzeltmek / ayarlamak için kullanılır (Şekil 33-1A). Negatif veya orantılı geribildirim sisteminde, “saptanan” hata, anında, çıktıda telafi edici değişiklik oluşturur. Sistem kapalı bir devre olduğundan, geribildirim sisteminin kendi çıktısı, referans sinyalini değiştirmek suretiyle değiştirilebilir. Bu durum, termostat ile sıcaklık kontrolüne benzer.

Geribildirim sistemleri kazançları ile karakterizedir. Yüksek kazançlı sistemde, optimal hedef durumdan sapmaları en aza düşürmek üzere çok büyük bir çaba vardır. Ancak, yüksek kazançlı sistemler, eğer devre boyunca büyük gecikmeler (örneğin, duysal - ara nöron(lar) – kas – kasılmada değişiklik arası gibi) ortaya çıkıyorsa, kararsız olabilirler. Bir sistemin girdi ve çıktısı arasındaki gecikmeye evre farkı (faz lag) denir. Eğer bu farklar uzun ve dış koşullar hızlı değişiyorsa, özgül geribildirim düzeltmeleri, gerçekleşmeleri gereken zamana kadar gerekeni yapmaya uygun / yeterli değildirler. Bir çok geribildirim sisteminde, kazanç görece düşük tutulur ki, koşullar değişirse, düzletmeler büyük hatalar oluşturmasın. Düşük kazançlı sistemlerde ise, müdahillerin etkileri yavaş düzeltilir çünkü, küçük düzeltmeler yinelenmek zorundadır.

Geribildirim özellikle ekstremitelerimizin pozisyonunu veya tuttuğumuz nesneye uyguladığımız kuvvetin sürdürülmesinde önemlidir. Kaslardaki çok duyarlı mekanoreseptörler (kas iğcikleri) ve parmak uçlarındaki deri aferentleri, bu işler için kritik geribildirim sinyalleri sağlarlar. Bu bilgiden yoksun kalan hastalarda çok belirgin postür ve hareket bozuklukları çıkar. Bu bilgi, mekanoreseptörlerden sinyal taşıyan geniş çaplı liflerin haraplandığı durumlarda kesintiye uğrar. Böyle hastalar, ne dokunduklarını hisseder, ne de eklem hareket ve pozisyonunu algılayabilirler; ellerini bir pozisyonda koruyamaz veya bir nesneyi sürekli tutamazlar; birkaç saniye sonra ekstremitelerinde güç ve pozisyonu “kayar”; oysa, kas yorgunluğu söz konusu değildir.

 

Şekil 33-1

 

Geribildirim sistemlerinin aksine, ileri-bildirimli kontrol, müdahil etkenlerden önce davranır. Soğuk bir yere girince, henüz üşümeden, hemen ateş yakar veya pencereleri kapatırız. Bu tür kontrole açık devre kontrol denir; yani, geribildirim duysal sinyalleri yanıtın zamanlamasını doğrudan etkilememektedir. Bu terim yanıltıcı olabilir – sanki, bu devrelerde, duysal sinyallerin hiç yeri yokmuş gibi… Oysa, ileri-bildirimli kontrol, en az deneyimler kadar, duysal sinyallere de bağımlı çalışır (Şekil 33-1B). Bu nedenle, “önleyici” kontrol terimi daha uygundur.

İleri-bildirimli kontrol, postür ve hareket kontrolünde çok kullanılır. Ayakta dururken bir kolumuzu kaldırmak istersek, bacaklarımızdaki kasları, kolumuzdakilerden önce çalıştırırız ki, ağırlık merkezindeki kayma bizi düşürmesin. Ekstremitelerde hiçbir hareket olmadığında bile, soluma sırasında değişen ağırlık merkezini telafi etmek  için bacaklardaki kaslar sürekli kasılır.

Deneyim, ileri-bildirimli kontrolde önemlidir. Bir topu yakalama eylemi, bir görsel tetiklenmiş ileri-bildirimdir. Topun yörüngesinin başlangıç bölümüne ait görsel bilgiyi, topun seyrini “kestirmek” / öngörmek üzere kullanırız. Ancak, top, elimize dokunduktan ve pozisyonunu etkiledikten sonra geribildirim ile el pozisyonu ayarlanacaktır. İleri-bildirim mekanizması, bizim, topun etkisini hesaplayıp, ona göre karşılayacak elimizin kaslarını, tam top değecekken kasmamızı sağlar (Şekil 33-2). Top yakalayıcı (kaleci), deneyimini (yerçekimi nedeniyle topun sürekli ivme kazandığı bilgisini) kullanarak, kasılmalarını en uygun biçimde zamanlar.

 

 

Şekil 33-2

 

 

Etkiden sonra ne olur? Normalde, bir kasın hızlı gerilimi, spinal devrelerle kontrol edilen bir refleksi uyarır; gerilen kas kasılır, antagonisti gevşer. Fakat, havadaki bir topu yakalamayı bekleyen kişilerde, topun etkisi ile oluşan ani gerilim, hem agonist hem de antagonist kasta kasılmaya neden olur. Bu kasılmalar, dirsek eklemini sabitler ve destekler. Yalnızca, spinal devreler, böylesi hızlı geribildirim uyarlamaları yapabilirler.

Top yakalamak örneği, hareketin ileri-bildirimli kontrolündeki üç ilkeyi çok güzel ortaya koyar: Birincisi, ileri-bildirimli kontrol, hızlı hareket için şarttır. İkincisi, sinir sisteminin, duysal olayların sonuçlarını öngörme yetisine bağlıdır (top nereye düşecek?). Üçüncüsü, ileri-bildirimli mekanizma, omurilikte geribildirim mekanizmasının işleyişini değiştirebilir / tamamlayabilir.

İstemli Hareketler Psikofiziksel İlkelere Uyar

 

Motor sistemlerin işi, duysal sistemlerin tersidir. Duysal süreçleme, evrenin veya beden durumunun içsel temsilini oluşturur, fakat, motor süreçleme bir içsel temsil veya bir hareketin istendik sonucu ile başlar. Psikofiziksel analiz, duysal sistemlerin yetenek ve sınırlarını ve beynin nasıl istemli hareket oluşturduğunu anlamaya yardım eder.

          Psikofiziksel araştırmalarda, bir sinyal verilince, özgül bir işi / ödevi (düğmeye basmak, işaret etmek, bir şeye doğru uzanmak) yapan bir özne incelenir. Işık veya ses ipuçları ile öznenin bir yanıtı geciktirmesi veya değiştirmesi sağlanır. Davranışa aracılık eden fizyolojik devreleri anlamak için, uyanık primatlarda, psikofiziksel çalışmaları, beyin görüntüleme veya tek nörondan (“tek birim”) ekstraselüler yazdırma verileri ile birleştirmek gerekir.

          Psikofiziksel araştırmalar, istemli hareketin, öğrenme ile modifiye edilebilen belirli yasalarla yönetildiğini göstermiştir. Bunlardan üçü özellikle pratik önemleri nedeniyle iyice araştırılmıştır: 1) Beyin, kullanılan özgül efektörden veya özgül yöntemden bağımsız olarak motor hareketlerin sonuçlarını temsil eder. 2) Bir uyarana yanıt vermek için gereken zaman, işi yerine getirmek için işlenmesi gereken bilgi miktarına bağlıdır. 3) Bir hareketin hızı ile uygunluğu / kesinliği / inceliği ters bağıntılıdır.

 

İstemli Hareketler Belirli Değişmez Özelliklere Sahiptir ve Motor Programlar Tarafından Yönetilir

 

          1950lerin başında, psikolog Donald Hebb, tek tek motor hareketlerin, farklı olarak ortaya konsalar bile, önemli ortak özellikleri paylaştığını gözlemlemiştir. Örneğin, el yazımız, harf büyüklükleri veya yazmakta kullanılan beden bölümleri ne olursa olsun, oldukça benzer görünümdedir (Şekil 33-3). Hebb, bunu motor eşitlik olarak adlandırmıştır.

 

Şekil 33-3

 

 

          Yani, amaçlı bir hareket, beyinde, bir dizi eklem hareketi veya kas kasılması olarak değil de, bir tür soyut biçimde temsil edilmektedir. Elin, hedefi yönündeki doğrultusu, başlangıç veya son pozisyonundan bağımsız olarak, oldukça düzdür. Hedef yaklaştıkça, elin hızı önce artar, sonra sıfırlanır. Tersine, eklemlerin sıralı hareketi (omuz, dirsek, bilek) oldukça karmaşıktır ve başlangıç ve son pozisyona göre değişir. Tek bir eklemde rotasyon, elde bir kavis oluşturacağından dirsek ve omuz eklemleri de buna uymak zorundadır ki düz bir doğrultu oluşabilsin. Bazı doğrultularda, dirsek, omuzdan, bazılarında omuz dirsekten daha çok dönmek zorundadır. El, gövdenin bir yanından ötekine hareket ederken, tam ortada, bir veya iki eklem yön değiştirmek zorunda kalabilir (Şekil 33-4).

 

Şekil 33-4

 

 

          Eğer beyin, eyleminden önce, bir hareketin temsilini oluşturuyorsa, hareketin uzantısını mı tasarımlar, yoksa, sürekli olarak el ile hedef arasındaki uzaklığı ölçerek, görsel bilgiden yararlanıp, hedefe varıldığı anda, harekete son mu verir? Eğer, beyin, durmak için birinci derecede görmeden yararlansaydı, elin başlangıç hızı, farklı uzaklığa doğru hareketlerde oldukça benzer olacaktı. Oysa, el hareketinin hem hızı hem de kesinliği / uygunluğu hedefin uzaklığına göre orantılandırılmaktadır (Şekil 33-5). Yani, hareketin uzantısı, daha hareket başlamadan tasarımlanmaktadır. Buna motor program denir. Motor program hareketin uzamsal özelliklerini ve eklemlerin açılarını belirler. Tüm bunlar, topluca, hareket kinematiği olarak adlandırılır.  Program, ayrıca, istendik hareket için eklemleri oynatacak gerekli güçleri (tork) de belirlemek zorundadır. Buna hareket dinamiği denir.

 

Şekil 33-5

 

 

          Motor programlar, yalnız hareketin kinematik ve dinamik özelliklerini belirlemekle kalmaz, aynı zamanda, sinir sisteminin, belirli duysal bilgi örüntülerine karşı nasıl yanıt vereceğini saptar. Başparmak ve işaret parmağı arasında bir nesneyi kaldırırken, kavrama gücü ile el ivmesini, nesnenin beklenen kayganlık derecesi ve ağırlığına göre ve ileri-bildirimli kontrol ile ayarlarız. Deri reseptörlerinin beklenen derecede aktive olmaması kayganlığın belirtisidir ve kavrama gücü, geribildirimli kontrol ile hemen artırılarak (spinal devrelerle) nesnenin düşmesi engellenir. Bu devrenin, kaldırma sırasında “kontrol edildiği” düşünülür, çünkü, el dinlenme durumunda iken bu reseptörler uyarılsa bile böyle bir yanıt oluşmaz (şekil 33-6).

 

Şekil 33-6

 

 

          Sinir sistemi, karmaşık hareketleri, oldukça stereotipik spasyal ve temporal özellikleri bulunan temel birimlere ayırır. Örneğin, “sekiz” çizerken “sürekli” gibi gözlenen hareket, boyutları farklı, sabit süreli tek hareket parçalarından oluşur (Şekil 33-7). Hareketin yalın spasyotemporal birimlerine hareket ilkelleri veya hareket şemaları denir. Bilgisayar grafik programlarındaki çizgi ve biçimler gibi, bu şemalar da büyüklük, boyut ve zaman bağlamında ayarlanabilir. El veya makine ile yazmak, çizmek gibi karmaşık işlerin nöral temsillerinin, bu spasyotemporal elemanların depolanmış takımları olduğu düşünülür.

 

Şekil 33-7

 

 

 

Tepkime Zamanı İşlemlenen Bilgi Miktarına Göre Değişir

 

Reaksiyon zamanı bir uyaranın sunulması ile istemli yanıtın ortaya çıkması arasında geçen zamandır. Bu süre, aradaki nöral süreçlemeyi yansıtır. Ayrıca, nöral ileti uzaklığı ve uyaran modalitesi de önemli etkenlerdir.

Aynı uyaranla oluşturulan reflekse göre istemli hareket latansı belirgin derecede daha uzundur. Örneğin, proprioseptif uyaranlara istemli yanıt 80-120 ms alır. Tersine, kasta gerilmeye yanıt 40 ms dolayında oluşur. Farkı yaratan sinaps sayısıdır. Özellikle görsel uyarana istemli yanıt çok daha geçtir (150-180 ms) çünkü retinada pek çok sinaps vardır. Ne yazık ki, reaksiyon zamanından sinaps sayısını kestirmek olanaksızdır çünkü sinapsların sumasyon zamanları çok değişkendir.

Eğer özneler, belirli bir uyaran karşısında hangi yanıtı oluşturmaları gerektiğini biliyorlarsa, reaksiyon zamanı (RZ) çok kısalır. Eğer, çoktan seçmek zorunluğu varsa, zaman uzar. Buna seçim etkisi denir. Seçenek arttıkça etki güçlenir (Şekil 33-8A). Karmaşık işler için RZ 500-100 ms olabilir. Seçim etkisi gerçeği istemli hareketin bazı aşamalarla gerçekleştiğini gösterir (Şekil 33-8B). Bilgi işlem hızı, bir bilgi biti için 100-150 ms gecikme olarak hesaplanmıştır ki, küçük bir  kişisel bilgisayardakinden çok daha küçük bir orandır.

 

Şekil 33-8

 

 

Şimdi biliyoruz ki, çoğul uyaranlar koşut yolaklarda işlemlenebilir (Pencere 33-1). Koşut işlemleme, seri nöral işlemlemenin yavaşlığını ortadan kaldırır. Öğrenme, bu sürecin etkililiğini geliştirir.

 

Pencere 33-1 (Şekil 33-9 birlikte / aynı)

 

 

İstemli Hareketlerde Hız ile Uygunluk / Kesinlik / İncelik Arasında Ters Bağıntı Vardır

 

1890larda psikolog Robert Woodworth, hızlı hareketlerin yavaş olanlara göre daha az kesin olduğunu göstermiştir. Çünkü, hızlı hareketlerde, geribildirimli düzeltme zamanı yetersizdir. Ancak bu, farklılığı tümüyle açıklamaya yetmez. Ayrıca, görsel geribildirim olmadan yapılan hızlı hareketler, hem kapsam hem de hız bağlamında daha da değişkendir.

Hız değişkenliğine etkili diğer etkenler: 1) Gücü artırmak için diğer motor birimlerin harekete geçirilmesi… Güç arttıkça, motor nöron sayı dalgalanmaları, güç ve hızda daha büyük dalgalanmalara yol açar. Bu orantısal ilişki, kontraktil gücün hemen tüm yelpazesinde geçerlidir ve hareketin hızındaki ve hedefin uzaklığındaki değişkenlikle birlikte seyreder (Şekil 33-10). Bu ters bağıntı, duysal sistemlerde geçerli olan duysal ayırımı temsil eden Weber-Fechner yasasına benzetilebilir.

 

Şekil 33-10

 

 

          Değişkenlik, öznelerin güçler ve ağırlıklara ilişkin tam bilgi sahibi olmamasından da kaynaklanabilir. Tekrarlara, hem hız hem de kesinlik geliştirilebilir (Şekil 33-11).

 

Şekil 33-11

 

 

          Beceri gerektiren spor yarışmaları ve diğer işlerde, beyin zaman içindeki ani değişikliklere (postür, dış yük) karşı bile bir esneklikle strateji geliştirir. Bu ilke, uzman atıcılarda kendini çok belirgin gösterir: Usta atıcılar (nişancılar) tetikleme hareketi ile istemsiz tremorlarını senkronize ederek hız ve kesinliği geliştirirler. Yalnızca acemiler, tetiği çekerken tremoru engellemek üzere ekstremitenin daha proksimal bölümlerini sıkı tespite gerek duyarlar.

 

Motor Sistemler Hiyerarşik Olarak Düzenlenmiştir

 

Omurilik, Beyin Sapı ve Önbeyin Sırası ile Daha Karmaşık Motor Devreler İçerirler

 

Motor sistemler, hız ve incelikle, refleks, ritmik ve istemli pek çok farklı motor işlevi yerine getirebilir; bu işlevsel düzenlenmelerindeki iki özelliğe bağlıdır. 1) Anatomik yapılar arasında, duysal ve motor bilgi işleminde hiyerarşik bağlantılar yer alır. Her düzeyde, karmaşık motor işleri yerine getirebilecek devreler bulunur. 2) Hareket ile ilgili duysal koşut olarak işleyen farklı sistemlerde süreçlenir (Şekil 33-12).

          Omurilik en alt düzeydir. Lokomosyon ve kaşınma gibi refleks ve ritmik hareketlere aracılık eden devreleri içerir. Yüz, ağız ve boyundaki benzer hareketlerden sorumlu devreler beyin sapındadır. En yalın nöral devre monosinatiktir; yalnızca primer duysal nöron ve motor nöron içerir. Ancak, reflekslerin çoğu polisinaptiktir; devrede, ara nöronlarla sinapslar vardır.

          Aranöronlar ve motor nöronlar yüksek merkezlerden inen aksonlardan da girdi alırlar. Bu etkiler fasilitasyon vey inhibisyon yönünde modülasyonlara yol açar. Ayrıca, agonist-antagonist, çapraz düzenlemelerde çok önemli rol oynarlar. Tüm motor buyruklar sonunda motor nöronlarda toplanır / çakışır. Sherrington buna motor hareketlerin “son ortak yolağı” adını vermiştir.

          İkinci düzey beyin sapıdır.   İki beyin sapı sistemi nöronları (mediyal ve lateral) serebral korteks ve subkortikal çekirdeklerden girdi alır ve omuriliğe uzatır. Mediyaldeki inici sistemler, görsel, vestibüler ve somatoduysal bilgiyi bütünleştirerek postürün korunmasını sağlar. Lateral inici sistemler daha distaldeki kasları yönetir ve amaca yönelik ince hareketlerden sorumludur. Diğer beyin sapı devreleri göz ve baş hareketlerini kontrol eder.

          Korteks motor kontroldeki en üst düzeydir. Primer motor korteks ve bazı bazı premotor alanlar, kortikospinal yolak aracılığı ile doğrudan omuriliğe uzantı gönderir ve ayrıca, beyin sapından doğan motor yolakları da düzenler. Premotor alanlar, karmaşık hareket dizilerinin eşgüdüm ve tasarımı için önemlidir. Posteriyor paryetal ve prefrontal asosiyasyon kortekslerden bilgi alıp, primer motor kortekse ve omuriliğe aktarırlar.

          Omurilik ve beyin sapındaki çeşitli refleks devreler korteksten gelen karmaşık yönergeleri yalınlaştırır. Yüksek merkezler, bazı devreleri uyarıp, bazılarını ketlemek suretiyle, daha aşağı düzeydeki duysal girdilerin, evrilen bir hareket sırasındaki temporal ayrıntılarının yönetilmesine olanak tanır. Agonist-antagonist aktivasyonunun zamanlaması yalnızca omurilik düzeyinde düzenlendiğinden inici sinyallerin de dakik ve iyi ayarlanmış olması germez. Spinal devrelerdeki eşgüdüm örüntüleri görece stereotipiktir. Servikal kesili bir kedi, eğer gövdesi desteklenirse, koşu bandında yürüyebilir, pençesine değen bir engeli aşabilir. Ancak, engelleyici nesne ona dokunmadan önkolunu kaldıramaz. Yani, motor korteks işlevselliği gerektiren görsel bilgiyi değil, ancak,  omurilik düzeyindeki yerel devreleri kullanabilir.

 

Şekil 33-12

 

Serebellum ve Bazal Gangliyonlar Kortikal ve Beyin Sapı Motor Sistemlerine Etkiler

 

          Üç hiyerarşik düzeye ek olarak, serebellum ve bazal gangliyonlar da kortikal ve beyin sapı alanlarına geribildirim devreleri ile önemli girdiler sağlar. Yine korteksin çeşitli alanlarından girdi alarak, talamus aracılığı ile kortikal motor alanlara ulaştırırlar. Bu iki yapının halka düzenindeki devreleri talamusun ayrı bölgerinde seyreder ve farklı kortikal alanlara yönelir. Benzer biçimde, korteksten bu yapılara gelen girdiler de ayrıdır. Serebellum ve bazal gangliyonlar, omuriliğe belirgin çıktılar sağlamazlar, ancak, beyin sapındaki projeksiyon nöronlarına doğrudan etkilidirler.

          Hernekadar, serebellum ve bazal gangliyonların motor hareketlere tam katkıları kesin olarak bilinmese de, her ikisi de akıcı ve pürüzsüz hareket ve postür için gereklidir. Haraplandıkları zaman çok ciddi klinik belirtiler doğar. Bazal gangliyonların yıkıcı hastalıklarından Parkinson ve Huntington hastalıkları, istemsiz hareketlere, postür anomalilerine ve yakın zamandaki araştırma sonuçlarına göre ciddi bilişsel kayıplara neden olur. Yine bu doğrultudaki araştırma sonuçlarına göre, bazal gangliyonlar, güdülenme ve uyumsal davranış tasarımındaki rolü itibariyle daha çok önem kazanmaktadır. Serebellar devreler, ortaya konmakta olan hareketin zamanlama ve eşgüdümü ile motor beceri edinmede çok önemli rol oynar.

 

Motor Yolakların Lezyonları Pozitif ve Negatif İşaretlere Neden Olur 

 

          XIX. Y.Y. da nörolog John Hughlings Jackson - ki çalışmaları, kortikal topografinin anlaşılmasına çok ışık tutmuştur – sinir sitemi lezyonlarının hem pozitif hem de negatif işaretler eyol açtığını da ilk anlayan kişidir. Negatif işaretler, örneğin kas gücü gii belirli bir kapasitenin yitirildiğini gösterir. Serbestleşme gerçekliği (release) de denen pozitif işaretler, davranışı düzenleyen nöronal devrelerdeki tonik ketlemenin ortadan kalkması ile ortaya çıkan anormal ve stereotipik yanıtlardır. Kedide, serebral kontrol ortadan kalkınca, olağan kafa ve boyun hareketleri, sağlam hayvanda görülmeyen gövde hareketlerine de neden olur.

          İnsanlarda, korteks ve beyin sapından inen yolların kesintiye uğraması ile istemli harekette zayıflık (veya yitme) (negatif işaret) ve aynı zamanda, kas tonüsünde artma – ki spastisitenin temel etkenidir – ortaya çıkar (pozitif işaret). Deserebrasyon katılığında olduğu gibi bu durumda da germe reflekleri hiperaktiftir. Klinisyenler, sıklıkla, bir hastadaki güçsüzlüğün, korteksten inen sistemlerin tutulmasına mı, yoksa, motor nöronlar ve aksonlarının etkilenmesine mi bağlı geliştiğini tanımak, ayırmak durumundadır. Bunların sonucu aynı gibi görünse de, biribirlerinden ayıran üç önemli özellik vardır: 1) I. Motor nörona ilişkin tutuluş spastisiteye neden olurken, II. Motor nöronda bu görülmez (gevşek=flask=flasid). 2) II. Motor nöton tutuluşu denervasyon atrofisi ve kasta hacim azalmasına yol açar, oysa, I. Motor nöronda bu görülmez. 3) İnen yolların hasarında, ekstremite ve yüz kaslarında daha yaygın ve daha büyük kas grupları (örneğin fleksör) tutuluşuna yol açar, oysa, yerel bir grup II. Motor nöron yıkılımı daha dağınık ve parça parça tutuluşlara, hatta, bir kasın bazı liflerine sınırlı engellemelere neden olur. Sinir veya akson tutuluşları ise o sinirin trase ve inervasyon alanını seçici olarak etkiler.

 

Spinal Motor Nöronlar Hareketin Eylemini Sağlar

 

        Deri ve derin periferik reseptörlerden doğan primer aferent lifler, spinal gri maddenin çeşitli laminalarında sonlanmadan önce iyice dallanır ve burada dört tip nöronla bağlantılar oluşturur: 1) yerel aranöronlar – ki aksonlar kendi veya hemen bitişik segmentlere sınırlıdır, 2) propriyospinal nöronlar – ki aksonları daha uzak segmentlere uzanır, 3) projeksiyon nöronları – ki daha yüksek beyin merkezlerine yükselir ve 4) motor nöronlar – ki aksonları (merkez) sinir sistemini terkedip, kasları sinirlendirir. Sırası ile önce motor, sonra ara, en sonra propriyospinal nöronlar görülecektir.

          Tek tek kasları inerve eden motor nöronların somaları, 1-4 spinal segment boyunca dikey kolonlar oluşturan motor nöron havuzları veya motor çekirdeklerde yeralır. Farklı motor çekirdeklerin spasyal düzenlenmesi proksimalden distale kuralına uyar; yani, en proksimal kaslarla ilgili olanlar en mediyalde, en distaldekilerle ilgili olanlar ise en lateraldedir. Bu düzen tüm omurilik boyunca geçerlidir (Şekil 33-13).

 

Şekil 33-13

 

 

          Mediyal ve lateral motor çekirdeklerin işlevsel özelleşmesi, yerel aranöronlarda da aynen yansır. Omurilik zona intermediyalisinin en mediyalindeki aranöronlar, gövdenin iki yanlı aksiyal kaslarını kontrol eden en mediyaldeki motor çekirdeklere uzanır. Daha lateraldekiler kalça kuşağı kontrolü, en lateraldekiler ise aynı tarafın en distal kasları ile ilgilidir (Şekil 33-13).

Propriyospinal nöronların aksonları omurilik beyaz maddesi boyunca aşağı ve yukarı doğru seyredip, birkaç segment ötedeki ara veya motor nöronlarda sonlanırlar (Şekil 33-13). Mediyal propriyospinal nöron aksonları ventral ve mediyal kolonlarda seyreder. Çok yaygın dallanma gösteren uzun aksonları vardır; bazıları, hemen tüm omuriliği katedip, boyun ve pelvis hareketlerinin eşgüdümünü sağlar. Bu düzen sayesinde, bir çok segmentten inerve olan aksiyal kaslar, postüral uyumu, eşgüdüm ile kolaylar.

Daha lateraldeki propsiyospinal nöronlar, daha az sayıdaki segmenti birbirine bağlar ve sonlanmaları daha seyrektir. Bu da, daha distaldeki kasların daha bağımsız davranmasını sağlar ve daha zengin çeşitlilik gösteren hareket örüntülerini olanaklı kılar. Omuz-dirsek kasları, elin farklı yönlerdeki uzanma hareketini yönetseler de, dirsek-bilek kaslarına göre daha stereotipik ve az çeşitli hareket oluşturabilir. Parmak bölümlerinin kontrolü ise en yüksek derecede farklılaşmayı gerektirir. Tek bir parmak boğumu hareketi bile farklı kasların çok farklılaşmış ve eşgüdümlü kasılmasını gerektirir.

 

Beyin Sapı, Spinal Motor Devrelerin Etkinliğini Değiştirir / Tamamlar  

 

        Beyin sapı, fasyal kaslarla ilgili motor çekirdeklerin yanısıra, spinal gri maddeye uzanan bir çok nöron grubu içerir. Bu uzantılar, Hollandalı nöroanatom Hans Kuypers tarafından iki temel sisteme ayrılmıştır: Lateral ve mediyal beyin sapı yolakları…

          Mediyal yolaklar temel postüral kontrol sistemini sağlar. Bunlar filogenetik olarak en eski inici sistemi oluşturur ve başlıca üç temel yolak içerir: 1) vestibülospinal (mediyal ve lateral), 2) retikülospinal (mediyal ve lateral) ve 3) tektospinal yolaklar… Bu yolaklar, omuriliğin ipsilateral ventral kolonu içinde iner ve başlıca, zona intermediyalisin ventral bölümündeki ara ve propriyospinal nöronlarda sonlanır ve aksiyal ve proksimal kas kontrolünde rol alır (Şekil 33-14A). Bazıları, doğrudan motor nöronlarda sonlanır – özellikle, aksiyal kasları kontrol eden mediyal çekirdeklerde… Her bir akson sonlanmasına ait geniş alan bulunması önemlidir, çünkü böylece, işlev yönünden ilişkili birçok motor çekirdek ile ilişki kurulmuş olur.

          Lateral beyin sapı yolakları, daha çok, uzanma ve manipülasyon gibi amaca yönelik hareketlerle ilgilidir. Bunlar, gri maddenin dorsolateral bölgesindeki aranöronlarda sonlanır ve böylece ekstremitelerin distal kaslarını kontrol eden motor nöronlarını etkiler. Beyin sapından inen ana lateral yolak, rubrospinal yolaktır; ortabeyindeki nükleüs ruberin manyosellüler bölümünden doğar, bulbustan geçer ve omurilik lateral kolonunun dorsal bölümünde aşağıya yolalır (Şekil 33-14B).  Kedi ve maymunda bu yolak nesneleri manipüle etmek için distal ekstremite kas kontrolünde önemlidir. Antropoyid (insansı) maymunlarda ve insanlarda, bu işlevi kortikospinal yolak üstlenmiştir.

 

 Şekil 33-14

 

 

Serebral Korteks, Beyin Sapı ve Omurilik Motor Nöron Etkinliğini Değiştirir / Tamamlar

 

Karmaşık motor hareketlerin düzenlenebilmesi ve ince hareketlerin eyleme geçirilebilmesi serebral korteksin motor alanlarından doğan kontrol sinyallerine bağlıdır. Bu buyruklar iki yolakla iner: Kortikobulbar lifler, yüz kaslarını kontrol eden beyin sapı motor çekirdeklerine, kortikospinal lifler, gövde ve ekstremite kaslarını kontrol eden spinal motor nöronlara uzanır. Ayrıca, serebral korteks, inen beyin sapı yolaklarına etkiyerek, spinal motor etkinliği de dolaylı yoldan etkiler.

 

Serebral Korteks, Spinal Motor Nöronları Doğrudan ve Dolaylı Etkiler

 

          XIX. Y.Y.ın sonunda, Gustav Fritsch ve Eduard Hitzig, korteksin elektriksel uyarılması ile karşı tarafta hareketlerin ortaya çıktığını keşfetmiştir. Primat kortikal yüzeylerinin sistematik uyarılması ile, frontal alanlarda, gövdenin somatotopik haritası oluşturulmuştur. Ayrıca, kortikal kol veya bacak alan lezyonları, bunlara uyan servikal ve lumbal düzey omurilik akson dejenerasyonuna yol açmıştır. Bu da somatotopik alanların, omurilikteki beklenen hedeflere uzandığını göstermiştir. Primer motor korteks, presantral girustaki Brodmann 4tedir. Premotor alan Brodmann 6da da bazı motor haritalar tanımlanmıştır. Bu kortikal alanlardan kalkan aksonlar (yakl. 1 milyon kadar) kalın kortikospinal yolakta omuriliğe seyreder. Bu liflerin 1/3ü, 4ten, 1/3ü 6dan, kalanı da somatoduysal korteksten (3, 2, 1) – ki kaynağı arka boynuz olan aferent bilginin iletiminden sorumludur - doğar.

          Kortikospinal lifler, kortikobulber liflerle birlikte, kapsula internanın arka ayağından geçerek ortabeyin ventral bölümüne ulaşır. Ponsta, daha ince demetlere ayrılarak pontin çekirdekler arası bağlantılar yapan yolları oluşturur. Sonra, bulbusta yeniden gruplaşarak piramisi (ventral yüzde) oluşturur. Kortikospinal yolakların %75-80i, bulbus-omurilik kavşağında, orta hattı geçip, çaprazlaşır. Bunlar, dorsolateral kolon içinde aşağıya iner; lateral kortikospinal yolağı oluşturur. Düz inen lifler (%20-25) ise, ventral kolonları oluşturur (Şekil 33-15).

 

Şekil 33-15

 

 

          Lateral ve ventral yolaklar da, beyin sapının lateral ve mediyal yolakları gibi, omurilik gri maddesinin hemen aynı bölgelerinde sonlanır. Lateral kortikospinal yolak, ağırlıklı olarak, ön boynuz lateralindeki motor çekirdeklerde ve zona intermedialis aranöronlarında sonlanır. Bu yolak, iki yanlı, ventromediyal hücre kolonuna ve bunlara komşu zona intermediyalis bölümlerine projekte olur. Aksiyal kas motor nöronları bu bölglerde yeralır.

 

Serebral Korteks, Kortikobulbar Yol Aracılığı ile Beyin Sapı Motor Nöronlarına Etkir

 

          Kafa ve yüz kaslarını kontrol eden kortikobulber lifler, beyin sapı motor ve duysal çekirdeklerinde (kranyal sinirler) sonlanır. İnsanlarda, kortikobulbar lifler, trigeminal, fasyal ve hipoglosal çekirdeklerin motor nöronları ile monosinaptik bağlantılar kurar. Trigeminal motor çekirdekler ve fasyal çekirdekler, her iki hemisferden projeksiyon alır. Yüzün üst bölümündeki kasların motor nöronları, iki hemisferden de eşit sayıda lif alırken, yüzün alt bölümündekiler, daha ağırlıkla karşı taraftan lif alır. Sonuç olarak, bir taraf kortikobulbar hasarı, karşı taraf alt yüz kaslarını olumsuz etkiler. Göz hareketleri farklı bir sistemle kontrol edilir.

 

Motor Korteks Hem Kortikal Hem de Subkortikal Girdilerden Etkilenir

 

          Korteksin motor alanlarına temel kortikal girdiler, prefronral, paryetal ve temporal asosiyasyon alanlarından kalkar, çoğunlukla, premotor ve süplemanter motor alanlarda odaklaşır. Ancak, primer duysal korteks ile primer motor kortekse de girdiler gelir. Diğer kortiko-kortikal girdiler, karşı hemisferden kalkar, korpus kallozumdan geçer; bunlar, iki hemisferdeki tıpkı alanları biribirine bağlar. Sağ ve sol parmak temsilleri kolllozal lifler almaz ve bu nedenle, birbirlerinden bağımsız işlev görürler. Daha ileride de görüleceği gibi, temel subkortikal girdiler, talamustan gelir. Talamusun motor düzenlenme ile ilgili girdilerini ise, bazal gangliyon ve serebellumdaki farklı çekirdeklerden ayrı yollarla gelen lifler oluşturur.

 

Genel Özet