BEYİNDE BİLGİ İŞLEME SÜREÇLERİNİN DÜZENLENMESİ

1. BEYİNDE BİLGİ İŞLEME SÜREÇLERİNİN DÜZENLENMESİ Prof Dr Süheyla Ünal

2. Beynin işlevleri • Duyusal gerçekliği algılamak • Farklı bilgileri bütünleştirmek • Davranışsal tepki vermek

3. Korteksin işlevsel bölümlenmesi • Duyusal alan • birincil duyusal alan • ikincil duyusal alan • Motor alan • birincil motor alan • ikincil motor alan • ek motor alan • Bağlantı alanları • parietal • oksipital • temporal • frontal

4. Bilginin kodlanışı • 1-0

5. Bilgi akışı hiyerarşisi • Duyu yolları birlikte işlev gören bir demet nöron aksonundan oluşur • Duyusal bilgi paralel yollar aracılığı ile beyne aktarılır • Her yol santral sinir sisteminde birden çok çekirdek gruplarıyla çalışabilir • Çekirdek, santral sinir sistemi içinde yerleşim gösteren nöron gövdelerinin bir araya gelmesi ile oluşan yapıdır

6. Bilgi akışı hiyerarşisi • Her nukleus birkaç işlevsel alt bölümden oluşur • Her yolak bir dizi nukleustan oluşur • Bilgi neokortekste daha kompleks bilgi üretmek üzere seri işlemden geçer

7. Duyu sisteminin düzenlenişi • Hiyerarşik düzenleme • Her bir düzeyde özgüllük ve kompleksite düzeyi artar • Duyum- Uyaranın saptanması • Algı- Uyaranın algılanması • İşlevsel ayrışım- her düzeyde farklı işlevsel bölgeler bulunur • Paralel işlemleme- Uyaranların farklı yolaklarda aynı anda analizi

8. Duyu yolları Her duyusal modalite farklı bir nöral sistem aracılığı ile birincil kaynağından sırasıyla spinal kord, beyin sapı, talamus ve serebral kortekse ulaştırılır

9. Talamik filtreleme • Bütün duyular talamusta bir araya gelir • Benzer işleve sahip uyaranlar seçilir, düzenlenir, bir grup haline getirilir • Yeni ve farklı uyaranlar değerlendirilmek üzere daha üst merkezlere gönderilir • Duyusal uyaranların % 99’u serebral kortekse ve dolayısıyla bilinç düzeyine ulaşmamaktadır

10. Birincil duyu korteksi • Bedenden gelen duyular, beynin özgül alanlarında projekte olur • Birincil duyu korteksi özgül duyuları işlemden geçirir

11. Bilgi akışı • Unimodal duyu bağlantı korteksi birincil duyu korteksinden aldığı özel nitelikteki duyuları daha üst düzeyde işlemden geçirir • Unimodal alanlar multimodal duyusal bağlantı alanlarına projekte olur • Burada birden fazla duyu modalitesi birleştirilir • Örn. görme bağlantı korteksi beyne farklı yollardan ulaşan renk, şekil, hareket gibi bilgileri bütünleştirir

12. Duyusal Bilginin Bütünleştirilmesi • Görsel, işitsel ve somatik bilgi multimodal bağlantı alanlarında birleştirilerek zihinsel temsilciler oluşturulur

13. Uyaranın değerlendirilmesi • Birincil duyu korteksleri ve bağlantı korteksleri; amigdala, hipokampus gibi limbik bölgeler ve ön insula, ön singulat, mediyal prefrontal gibi paralimbik bölgelerle ilişki içerisindedir • Bu bölgelerle bağlantılar sayesinde uyaran geçmiş deneyimler ışığında değerlendirilir • Amigdala uyarıların duygusal ve motivasyonel yükünü belirler • Hipokampus değerlendirme sürecinde bağlamdan sorumludur • Değerlendirme hiyerarşisinde daha üst düzeyde mediyal ve orbital prefrontal bölgeler, ön singulatı içeren paralimbik korteks yer alır

14. Uyaranın değerlendirilmesi • Bu değerlendirme bölgelerinden gelen bilgi ventral striatumda bir araya gelmekte ve buradan talamus aracılığı ile tekrar kortekse, ilgili bağlantı bölgelerine gönderilmekte, ayrıca dorsal bazal ganglionlar da bu süreci kontrol ederek talamus aracılığıyla davranışı etkilemektedir

15. Duyumun algıya dönüştürülmesi • Beyin duyumları geçmiş yaşantıların ışığında ve sinir ağlarının düzenleyici mekanizmaları (seçme, çarpıtma, boşlukları doldurma gibi) doğrultusunda organize ederek dünya hakkında bazı varsayımlar geliştirir • Bu varsayımlar arasında en olası tanım için maksimum olasılık ilkesine göre karar verir

16. Duyumun algıya dönüştürülmesi • Beyin en olası tanım için görüntü parçacıklarını “iyi bir şekil” oluşturacak şekilde bazı ilkeler doğrultusunda düzenler • Gördüğümüz şey, nesnenin özelliklerinden çok, duyumların beyin tarafından düzenlenmesidir

17. Karar verme • Uyaranın tanımlanmasından sonra uygun yanıt olacak bir davranışın seçilmesi, planlanması, başlatılması veya önlenmesinde ve hedefe yönelik etkinliğin düzenlenmesi gereklidir • Bunu frontal bölge, bağlantıları aracılığı ile gerçekleştirir

18. Bilgi İşleme Sürecinin Motor Sistemdeki Dönüşümü • Arka bağlantı alanları frontal lobun bağlantı alanları ile yoğun etkileşimdedir • Motor planlama davranışın genel bir taslağının oluşturulması ile başlar, motor yolakdaki işlemler aracılığı ile somut davranışa dönüştürülür

19. Sinir sisteminin yapılanması Nöron----çekirdek---- kolon---- yolak----topografik alanlar----bağlantı alanları

20. Serebral korteks nöronları • Projeksiyon nöronları • İnternöronlar

21. Projeksiyon nöronları • Piramidal hücrelerdir • Aksondaki bilgiyi sistemdeki bir sonraki aşamaya taşır • Başlıca III, V ve VI. tabakalarda yer alır • Transmitter olarak glutamatı kullanır • Projekte olduğu hücreyi eksite eder

22. Lokal internöron • Sepet, çapa şeklindedirler • Neokorteksteki nöronların %20-25’ini oluştururlar • Aynı işlem sürecindeki lokal hücrelerleiletişimdedir • Eksitatör özellikte olanlar IV. tabakada yer alır,talamustan duyusal bilgi alır

23. Lokal internöron • Çoğunlukla GABA’yı kullanırlar • Hedef hücreyi sıklıkla inhibe eder

24. Çekirdekler • Beynin subkortikal bölgeleri işlevsel nöron grupları olan nükleer yapılar içerir • İnce histolojik kesitlerde nöron hücre gövdeleri topluluğu olarak görülürler • Çekirdeklerin büyük bir bölümü homojen hücrelerden oluşmaz • Çeşitli hücreler subnukleuslar, bölümler ya da tabakalar şeklinde düzenlenirler

25. Kolonal sistem • Kolonal sistem neokorteksin bilgi işlemede işlevsel birimlerdir (bilgisayar modeli) • Her minikolon bir birim olarak davranır • Bir kolonda yer alan nöronlar benzer tepki özelliklerine sahiptirler • Yerel işlem ağını oluştururlar

26. Kolonal sistem • Kolon algı sistemlerinin temel modülüdür • Motor sistemlerde de yer alır • Algısal işlevler birincil duyusal alanlarda oldukça özelleşmiş lokal yapılarda gerçekleştirilir, burada kolonların özellikleri gelen bilginin niteliğine bağlıdır • Üst düzeylerde lokal olarak kortikal işlem süreçleri aynıdır • Farklı işlemlerin yapılmasını sağlayan farklı bağlantıların kurulmasıdır

27. Kolon • Kolonlar birbirleriyle sinaptik bağlantılar içinde olan binlerce nörondan oluşan, dikey yönelimli yapılardır • Ana girdi tabakası talamustan girdi alan IV. tabakadır

28. Kolon A. Piramidal nöron B. Eksitatör granüler hücre C. İnhibitör granüler hücre afferent fibriller efferent fibriller kortikotalamik fibriller

29. Kolonlar • Kortikal kolonlar çapı milimetreyle ölçülen silindir şeklindeki yapılardır • Kolonlar farklı büyüklüklerde olabilir • Minikolon – 70-110 nöron • Büyük kolon- • Kolon bütün nöronlar aktifleştiğinde etkinleşir

30. Serebral korteks hücrelerinin düzenlenişi • Serebral korteks hücreleri tabakalar halinde düzenlenir • Tabakalar girdi ve çıktı ilişkilerini düzenlemek üzere organize olur

31. Serebral korteks • Korteksin çeşitli bölümleri farklı tabaka düzenine sahiptir • Örn. Presantral girus (primer motor korteks), granüler hücre içermez ve bu nedenle agranüler korteks adını alır • Primer görme korteksi ise oldukça yoğun bir IV. tabakaya sahiptir

32. İşlevsel histoloji • V ve VI = çıktı • V bazal gangliyonlara, beyin sapına ve spinal korda • VI talamusa • I, II, III = bağlantı tabakaları • IV = girdi alanı (talamus ve diğer kortikal alanlar)

33. Kortikal bağlantılar Girdi İç bağlantılarÇıktı 1 5. tabakayla bağlantılıdır 2,3 4 Temel girdiler 4. tabakadan olur 2 ve 3. tabakalarla bağlantılıdır 5 5.tabaka 6.tabakayla lokal bağlantı yapar 6 6. tabaka 4. tabakaya kısa bağlantı gönderir Talamusa Temel girdi Kortikal olmayan alanlara Diğer girdiler Diğer kortikal alanlara

34. Korteks alanları • IV. tabakanın altındaki ve üstündeki tabakaların, farklı hücre tiplerinin kortikal bölgelerde görece yoğunluğu korteks alanlarını oluşturmaktadır • Brodmann’a göre 47 olan bu alanların sayısı, modern yöntemlerle saptanan 35 işlevsel alan olarak ileri sürülmektedir

35. Brodmann Alanları

36. Kortikal bağlantılar • Korteks içi bağlantılar • Komşu kortikal alanlar arasındaki kısa bağlantılar • I. tabakadaki yatay hücrelerden ve kısmen de piramidal hücrelerin kollateral aksonlarından oluşur • Bağlantı fibrilleri • Aynı beyin yarısındaki girusları ve lobları birbirine bağlar • Arkuat fibriller komşu girusları birbirine bağlar • Uzun bağlantı fibrilleri uzaktaki girusları birbirine bağlar • II ve III. tabakaların piramidal nöronlarından köken alır • Kommissural fibriller (Korpus kallosum) • İki beyin yarısının homolog alanlarını bağlar • II ve III. tabakaların piramidal nöronlarından köken alır • Subkortikal fibriller (Projeksiyon fibrilleri)

37. Kortikal bağlantılar

38. Bağlantı fibrilleri • Kısa fibriller • Uzun fibriller

39. Bağlantı fibrilleri • Arkuat fibriller • Superior longitidunal fasciculi • Inferior longitidunal fasciculi • Uncinate fasciculus • Cingulum

40. Komissüral bağlantılar • Ön komisssür • Temporal alanları birbirine bağlar • Arka komissür (Hipokampal komissür: Forniks) • Pretektal çekirdekten ve yakınındaki nöronlardan fibriller taşır

41. Projeksiyon fibrilleri • Korona radiata • İnternal kapsül • İnen ve çıkan yollar

42. Bağlantı korteksi Talamustan gelen bilginin bütünleştirilmesini sağlar

43. Bağlantı korteksi • Arka bağlantı alanı • Limbik bağlantı alanı • Ön bağlantı alanı

44. Ön bağlantı alanı • Gelecek davranışlarla ilişkili planları motor tepkiye dönüştürür (Örn. açlığın yiyerek giderilmesi gibi) • Dil üretimi • Yargılama

45. Limbik bağlantı alanı • duyguların yaşanması ve anlatımı • bellek

46. Arka bağlantı alanı • dil, dikkat ve algı için gerekli duyusal modalitelerin integrasyonu • duyusal bilginin planlanmış davranışa dönüştürülmesi • visuospatial lokalizasyon

47. Bağlantı alanlarının çıktı hedefleri • Dorsolateral prefrontal bağlantı alanları ve parietal bağlantı alanı birçok kortikal ve subkortikal yapıya projekte olurlar • Ön ve arka bağlantı alanları arasındaki etkileşim davranışa rehber oluşturmakta önem taşır

48. Lateralizasyon • Her beyin yarı küresi bazı görevlerde özelleşmiştir • Bu görevler birbirinden farklı olmakla birlikte birbirinin tamamlayıcısıdır

49. Lateralizasyon Sol hemisfer Sağ hemisfer Temsiller –iç dünya İmgelem, içgörü, sanatsal beceriler Görsel-uzaysal bilgilerin bütünleştirilmesi • Sınıflandırma ve sembolleştirme • Lisan işlevleri • Ardışık ve analitik düşünme

50. KAYNAKLAR • Kandel E, Scwartz JH, Jessell TM (2000) Principles of neural science. • Todd J. The Central Nervous Systemwww.stcsc.edu/anatomy/210/Chapter%2012%20Part%201.ppt • Basic Anatomical StructuresPart III • Platt B Organisation of the brain and cranial nerves • Dehaene S. Cerebral bases of masked primingand the neuronal workspace hypothesis • Carson K. Higher-Order Cerebral Function http://web.odu.edu/webroot/instr/sci/kcarson.nsf/files/Chapter19.ppt/$FILE/Chapter19.ppt