ÖĞrenmek nediR, neden öĞreniyoruz, nasil öĞreniyoruz

SİNAPTİK HABERLEŞME-NÖRONAL ORGANİZASYON

Peki nöronlar neden kendi aralarında haberleşiyorlar? Nöronal sinyal alış verişinin amacı nedir? Bu sorunun cevabını daha önce verdik aslında: Nöronlar informasyon işleme birimleridir. İnformasyonun alınması, daha önceden sahip olunan ve belirli bir sinapsla temsil olunan bir bilgiyle işlenmesi, cevap olarak da bir AP nin oluşturulması, onların fonksiyonu olduğu kadar, aynı zamanda varoluş nedenleridir de. Bu süreç içinde onlar hiçbir zaman tek başlarına çalışmazlar. Bir nöron daima bir örgütün üyesi olarak varolur, faaliyet gösterir. Çünkü, onların varoluş nedeni olan informasyonun işlenmesi olayı, ancak karşılıklı ilişkileri temsil eden sinaptik bir yapının varlığıyla mümkündür. İnformasyonlar daha önceden sahip olunan bilgilerle işlenirler. Bilgi ise, ancak iki nöron arasındaki ilişkiyle temsil olunur, kayıt altında tutulur. Nöronlar tek başlarına bir bilgiyi temsil edemezler.

Peki nedir bu işin esası, beyin nöronal ağlardan oluşan örgütlü bir sistemdir derken bununla ne demek istiyoruz? Beyinde öyle, nöronların üye olduğu belirli örgütler mi var ki? Eğer durum böyleyse, nöronal sinyalleşmeyle bu nöronal örgütlülük arasındaki ilişki nedir? Yoksa, her somut durumda, her yeni informasyon işlenirken yeni örgütler mi kuruluyor? Her an, amaca uygun yeni örgütler kurarak işleyen bir mekanizma mıdır beyin dediğimiz şey?
Nöronların biribirlerine sinaptik bağlarla bağlı olduklarını söylediğimiz zaman, bundan, onların her anın içinde objektif bağlarla biribirlerine bağlı oldukları sonucu çıkarılmamalıdır! Normal koşullarda, belirli bir denge durumunda iken (silent state) nöronları biribirlerine bağlayan sinaptik bağlar potansiyel bağlardır⁴⁸. Ne zaman ki çevreden bir informasyon gelir ve bu, presinaptik nöronun aksonunda bir AP (girdi) olarak ortaya çıkar, iki nöron arasındaki sinaptik bağ da ancak o an aktif hale gelir ve bir köprü gibi objektif bir gerçeklik olarak varlığını ortaya koyar.
Beyin bir informasyon işleme sistemidir. Ama öyle, bir televizyon, ya da araba fabrikası gibi, hep aynı ürüne ilişkin ham maddeleri işleyen-hep belirli bir informasyonu işleyen- bir makine-örgüt değildir o! Her objeye-nesneye göre yeniden örgütlenen, her yeni malzemeyi işlemek için- işlerken- yeniden şekillenen plastik bir fabrikadır. Her seferinde, belirli bir ham madde (informasyon) işlenipte bir ürün (bir AP) oluştuğu an dağılan, potansiyel gerçeklik haline dönüşen bir örgüttür. Müthiş bir şey! Her an, ham madde olarak, yeni bir objeye ilişkin yeni bir informasyonun işlendiğini düşünürseniz, yukardaki ifadeye göre buradan, her an yeniden örgütlenen bir fabrikayla-beyin- karşı karşıya olduğumuz sonucu çıkar. Milyarlarca sinapstan oluşan potansiyel bağlar bu fabrikanın informasyon işleyebilme potansiyelini ortaya koyarlar. Çünkü ancak, potansiyel bir gerçeklik olarak da olsa, varolan bir sinaps daha sonra aktif hale getirilerek bir informasyonun işlenmesinde kullanılabilir. Yeni sinapslardan-bağlardan mı bahsediyorsunuz? Yeni bağlar-sinapslar ancak varolanların üzerine inşa edilebiliyorlar. Bu nedenle, yeni bir informasyonun alınarak işlenebilmesi için, önce potansiyel bir gerçeklik olarak zaten varolan sinapsların aktif hale getirilmesi gerekiyor. Yeni informasyonu temsil eden yeni bir sinapsın ortaya çıkması, mevcut bir örgütün içinde yeni bir görevi temsil eden yeni bir alt sistemin ortaya çıkması gibi oluyor.
Bütün bunları şöyle formüle edelim: Sinaptik haberleşme nöronal örgütlenmenin temelidir. Yani nöronlar kendi aralarında (ya da adale hücreleriyle) haberleşerek örgütlenirler. Bu nedenle, her an milyonlarca örgütün kurulup dağıtıldığı muazzam bir örgüt kurma sistemidir beyin. Nöronları bir Lego oyununun taşlarına benzetirseniz, her an, dışardan gelen malzemeye-informasyona göre bu taşlar belirli biçimlerde biraraya geliyorlar ve yeni bir yapı-örgüt ortaya çıkıyor. Çevreden gelen informasyon değiştikçe bu örgüt-yapı da değişiyor. Girdi-ham madde kendisini işleyecek mekanizmanın oluşmasını tetikliyor. Her seferinde, potansiyel olarak mevcut olan bir örgüt objektif gerçeklik haline gelerek çalışmaya başlıyor. İş bitince de bu lağvediliyor. Yeni bir örgüt kuruluyor, o çalışmaya başlıyor. Daha önceden mevcut olmayan yeni örgütlerin oluşturulmasına gelince, bu da gene mevcut örgütlerden biri esas alınarak gerçekleşiyor. Yeni informasyon önce bu zeminin üzerinde işleniyor, sonra da bu zemine ilaveler yapılarak yeni bir yapı oluşturulmuş oluyor.
Bir örnek verelim. Herhangi bir cismi görme olayını ele alıyoruz. Bu işin gerçekleştiği yer beyinde bir alt sistem olan görme merkezidir. Bu sistemin elementleri olan nöronlar, bu iş için uzmanlaşmış, belirli gen-açılım yeteneklerine sahip unsurlardır. Sistem, bu şekilde, belirli görevlerin yerine getirilmesi için biraraya gelmiş nöronlardan-nöronal ağlardan- oluşan hiyerarşik olarak örgütlü bir yapıdır (Schaltkreis-Netz). Renk, köşe, hareket vs. gibi farklı özellikler farklı ağlarda (Netz) incelenirler. Ama bunlar değişmez bağlarla örülmüş ağlar değildir. Potansiyel sinaptik bağlar belirli bir görevle birlikte objektif bağlar haline dönüşürler. Mekanizma bu şekilde oluşur ve işler. Belirli bir özellik belirli bir ağda (Netz) işlendikten sonra elde edilen sonuç-output- girdi olarak başka bir ağa gönderilir ve inceleme bir başka düzeyde orada devam eder. Bütün bu alt sistemler içinde yapılan işlemlerin-incelemelerin sonunda da ürün oluşur, biz, rengiyle, köşeleriyle, hareketiyle vs. bir cismi görmüş oluruz. Her seferinde, yani her yeni görme işleminde, çevreden gelen informasyon beyinde potansiyel olarak mevcut olan nöronal ağlardan kendisini temsil edenleri aktif hale getirir, bu ağlarda kayıt altında bulunan bilgilerle değerlendirilerek-işlenir ve sonuç olarak da tanınarak görülmüş, ne olduğu bilinmiş olunur.

NÖRONLAR ARASINDA ETKİLEYİCİ- FRENLEYİCİ İLİŞKİLER

Bu sistem-mekanizma nasıl mı çalışıyor? Çeşitli alt sistemler (nöronal ağlar) arasındaki ilişkiler nasıl mı kuruluyor? Bu türden sorulara cevap verebilmek için önce biraz daha nöronlar arasındaki ilişkiler üzerinde durmamız gerekiyor.

İki tür nöron vardır: Projeksiyon nöronları ve internöronlar. Projeksiyon nöronları izafi olarak daha uzun aksonlara sahiptir. Bunlar, esas hücrenin (hücre gövdesinin) bulunduğu bölgeden çok daha uzak mesafelere kadar gidebilirler. Bunların belirli bir ağ (-alt sistem-Schaltkreis-Netz-) içindeki görevleri, hiyerarşi içinde bir sonraki projeksiyon nöronunu aktif hale getirerek ona bir mesaj iletmektir.
Buna karşılık, lokal devrelerdeki (ağlardaki) internöronların aksonları daha kısadır ve bunlar genellikle yakında bulunan komşu projeksiyon nöronlarıyla bağlantı içine girerler. Bunlar, frenleyici (Inhibitorische)-mevcut aktif durumu engelleyici yöndeki etkileriyle projeksiyon nöronlarının etkinliklerini (Aktivität) yönetirler ve bu şekilde sinaptik trafiği düzene sokarlar. Akson uçlarından (Endknöpfchen) salgıladıkları nörotransmitterlerle postsinaptik projeksiyon nöronunun bir AP oluşturma ihtimalini azaltırlar. Bu şekilde, projeksiyon hücrelerinin tahrik edici etkilerine karşılık bir denge unsuru rolünü oynarlar.
Projeksiyon nöronları, diğer projeksiyon hücrelerinden bir impuls gelmediği sürece, genellikle sakin kalırlar. Buna karşılık internöronlar sürekli aktif haldedirler (tonische Aktivität). Projeksiyon nöronlarının genellikle sakin durumda olmalarının nedeni, bunların sürekli aktif halde olan internöronların etkisi altında bulunmalarıdır. Bu nedenle, bir impulsun bir projeksiyon nöronunu aktif hale getirebilmesi için, önce internöronların bu frenleyici etkilerinin aşılması gerekecektir. Bir nöronun aktif hale gelip gelmeyeceği, onun üzerine etkide bulunan tahrik edici ve frenleyici (inhibition) etkilerin toplamıyla belirlenir [12].
Bir hücre üzerindeki frenleyici etkilerin miktarı başka nedenlerden dolayı da değişebilir. Örneğin, eğer bir alt sistemde, belirli bir bölgede bulunan projeksiyon hücreleri, aynı anda, yeteri kadar, biribirleriyle bütünleşen (konvergent) impulslar göndererek başka bir bölgedeki projeksiyon hücrelerini etkiliyorlarsa, bu durumda, böyle bir etki de frenleyici sonuçlara yol açabilir. Çünkü, tahrik edici etkiler bu bölgedeki projeksiyon nöronlarını aktif hale getirirlerken, bunlar aynı zamanda internöronları da aktif hale getirirler. Ancak kısa vadede internöronlar daha çok impuls alacaklarından, sonuç olarak bunların projeksiyon nöronları üzerindeki frenleyici etkileri artmış olur. “Vorwardshemmung”, yani ileri doğru gidişin engellenmesi adı verilen bu frenleme mekanizmasının işleyişi “tonik frenlemeden” farklıdır.
Tahrik olma ve engelleme durumlarının hızla değişmesi beyindeki informasyon akışının düzenlenmesinde çok önemli bir rol oynar. Eğer bu akış bir an için tıkansaydı bu bir felâket olurdu.
İleri doğru gidişin engellenmesi (“Vorwardshemmung”) ve tonik frenleme (tonische Hem-mung) mekanizmalarının nöronların tahrik olma (Erregung) sürecini nasıl düzenlediklerine ilişkin olarak bir örnek verelim: A ve B gibi biribirine bağlı iki projeksiyon nöronundan oluşan bir devre düşünelim [12]:


Şek.21
Eğer A nöronu aktif olursa bu B nöronunu da aktif hale getirir. Mevcut AB sisteminin-devrenin (Schaltkreis) görevi, A aktif olduğu sürece B nin de buna bağlı olarak mümkün olduğu kadar sık AP leri üretmesi ise, bu iş için iki nöron yeterlidir. Ancak görev, A da oluşan AP lerine karşılık B de mümkün olduğu kadar az sayıda AP nin oluşmasının sağlanmasıysa, o zaman bu iş için mevcut AB devresi yetersiz kalır. Böyle bir durumda B nöronunun frenleyici bir arkadaşa ihtiyacı olacaktır. Bu durumda bu arkadaş nöron da A dan gelen tahrik edici etkiyi alarak işleyecek ve oluşturduğu çıktıyla-output B üzerine engelleyici bir etkide bulunacaktır. Her seferinde, A aktif hale geldiği zaman meydana gelen AP B gibi bu frenleyici arkadaş nöron tarafından da girdi olarak alınacaği için, bu durumda, B, aldığı tahrik edici etkiden dolayı bir AP oluşturarak devredeki diğer nöronu etkilemeye çalışırken, arkadaş nöron da frenleyici çıktısıyla B yi etkileyerek onun bir AP oluşturmasına engel olmaya çalışacaktır. Bu durumda sonuç olarak B nin bir AP oluşturabilme yeteneği sınırlandırılmış olur. Çünkü bir nöron aldığı tahrik edici ve frenleyici etkilerin toplamına göre bir çıktı oluşturur. Eğer internöron I nin gücü B nin bir AP oluşturmasını engellemeye yetiyorsa, bu durumda A nın B yi aktif hale getirebilmesi için daha fazla AP üretmesi, daha güçlü bir şekilde B üzerine etkide bulunabilmesi gerekir. A yı, kendisiyle aynı anda B üzerine impuls gönderen diğer nöronlarla birlikte düşünürsek, bu durumda tonik frenlemenin daha kolay aşılabileceği sonucuna varırız.
Bir hücrenin-nöronun sürekli aktif halde olması mümkün müdür? Elbette!. Ancak sürekli baskı altında olmak nöronlar için iyi değildir. Frenlenmeyen sürekli etkinlik hali onları sakat bırakabileceği gibi, onların ölümlerine bile neden olabilir. Bu nedenle, her etkinliğin frenleyici bir karşı etkinlik mekanizmasıyla dengelenmesi gerekmektedir. Eğer tahrik edici etkilerden oluşan bir dalga tonik frenlemeleri aşarsa, o zaman “Vorwardshemmung” denilen frenleme yöntemi devreye girer. Böylece, devre tekrar sakin haline geri döner ve yeni girdileri almak için hazır hale gelir.
Nöral devrelerde frenleme olayı çok önemlidir dedik. Çünkü, bir AP nin oluşmasını tahrik etme ve bunu engellemeye çalışma (bu iki zıt süreç), belirli bir amaca yönelik olarak informasyonun işlenmesi sürecinde birlikte etkide bulunurlar. Frenlemeyle tesadüflere bağlı olarak meydana gelen impulslar filtern yapılarak bunların istenilmeyen AP ler yaratmaları engellenir. Bu durumda sadece, aynı anda bir araya gelen impulslar engeli (eşik) aşarak bir aktiviteye neden olabilirler. Öte yandan frenleme, meydana gelen bir aksiyonpotansiyelinin hemen ardından da büyük önem taşır. Çünkü ancak bu şekilde bir devrede (Schaltkreis) dizginler elde tutulabilir ve sistemin yeni bir sürecin başlayabilmesi için tekrar çıkış noktasına dönüşü sağlanabilir.
İnternöronlar lokal devrelerin çoğunda frenleyici etkide bulunurlar, bu doğrudur; ama bazı internöronlar da vardır ki, bunlar tahrik edici roller de üstlenebilirler. Bu durumda, süreç içinde, frenleyici internöronları filtre, tahrik edici olanları da kuvvetlendirici (Verstärker) olarak tasavvur edebiliriz. Yukardaki şekilden de (b) anlaşılacağı gibi, eğer B’ye bağlı internöron (I) tahrik edici bir nöronsa, bu durumda B, hem A hem de I den gelen tahrik edici impulsların etkisi altında kalır ve tabi bu da B nin daha kolay AP üretmesine yol açar [12].