Limbik sistem

Yapısı

Limbik sistem, aslen Paul Broca tarafından beyin yarımküreleri ve  beyin sapı arasında kalan bölgeyi  korteks yapı dizileri olarak tanımlanmıştır. Bu yapı dizilerinin tümü limbik lob olarak bilinir. İleri çalışmalar bu alanlarda oluşan duygusal ve güdüsel süreçleri, aynı zamanda limbik sistem içerisinde kısımlara ayrılmış korteks altı kısımlarının bu alanlarla ilgisi olduğunu kanıtlamak için sürmektedir. İzole edilmiş bir oluşum olarak  duyguların nörolojik düzenlenmesinden sorumlu olan böyle bir sistem son zamanlarda kullanımdan çıkmıştır ve şu anda beynin birçok bölümlerinden biri olan viseral ve otonom(irade dışı) süreçlerin meydana geldiği bir bölüm olarak bilinmektedir.
Bu yüzden limbik sistem içerisindeki anatomik yapıların tanımları halen tartışmalı bir konudur. Aşağıdaki(öyle olduğu) düşünülen yapılar, limbik sistem içerisindeki yapılardır:
Korteks alanlar:
Limbik lob
Orbitofrontal korteks: Frontal lobda bulunan, karar verme sürecini yürüten bir bölge.
Piriform korkteks: Olfaktör sistem’in bir bölümü.
Entorhinal korkteks: Bellek ve ilişkisel bileşenleri ile ilgili bir bölüm.
Hipokampus ve bileşenleri: Yeni anıların oluşturulmasında ana rolü olan yapılar.
Forniks: Hipokampusu diğer beyin yapılarıyla ve özellikle mammiler cisim ve  septal nükleus ile bağlantı kuran bir beyaz cevher yapısı.
Korteks altı alanlar:
Septal çekirdek: Lamina terminalis’in önünde olan, zevk bölgesi olduğu düşünülen yapılar dizisi.
Amigdala: Temporal  lob’un derinlerinde yer alan, bir takım duygusal süreçleri işleyen beyin bölümü.
Nucleus accumbens: Beynin ödül merkezi olarak da bilinir. Ödül, zevk ve bağımlılık gibi mekanizmaları yönetir.
Diensefalon yapılar:
Hipotalamus: Limbik sistemin merkezi konumunda, orta-önbeyin demeti (medial forebrain bundle)   aracılığıyla frontal loblar, septal çekirdek ve beyin sapı retikülar oluşumu, fornix aracılığıyla hippokampus, mamilotalamik fasikulus aracılığıyla talamus ile bağlantılıdır. Hipotalamus birçok otonom süreçleri düzenler.
Mamiller cisim: Fornix aracılığıyla hipokampustan aldığı sinyalleri talamus’a gönderen hipotalamus’un bir bölümü.
Talamus’un ön nükleusu: Mamiller cisimden girdileri alır. Bellek oluşturmada görevi vardır.

İşlevi

Limbik sistem’in yapıları motivasyonel, duygusal, öğrenme ve bellek becerilerini içerir. Limbik sistem aynı zamanda korteks altı yapıların serebral korteksle buluştuğu yerdir. Bu sistem endokrin sistem ve otonom sinir sistemlerinide kontrol eder. Bazı zevk için kullanılan uyuşturucuların “zirve” noktasında ve cinsel uyaranlarda rol alan nucleus accumbens(ödül merkezi), limbik sistem ile önemli bir bağı vardır. Bu uyaranlar ağırlıklı olarak limbik sistemden gelen dopaminerjik yansımaların modüle edilmesinden kaynaklanmaktadır. 1954’te Olds ve Milner’in yaptığı araştırma, farelere  metal elektrodlar takılıp nucleus accumbens ve septal çekirdeklerine yerleştirildikten sonra sürekli olarak kaldıraçla bu bölgeler uyarıldı. Aynı zamanda yeme ve içme farelerin tercihine bırakıldı. Sonuç olarak bir süre sonra fareler yorgunluktan öldüğü gözlemlenmiştir. Limbik sistem aynı zamanda bazal gangliyonlar içerir. Bazal gangliyonlar, direkt olarak kasıtlı hareketlerin yapıldığı korteks altı yapılar dizisidir. Bazal gangliyonlar hipotalamus ve talamusa yakın bir bölgededir. Beyinsapındaki motor merkezlere çıktı yollayan serebral korteks, bazal gangliyonlara girdi yollar.  Bazal gangliyonların bir bölümüne striyatum kontrol davranışları ve hareketleri denir. Son yapılan araştırmalara göre striyatumun etkilendiği yetersiz dopamin girişi, Parkinson hastalığı’nın gözle görülür semptomlarına sebep olduğu belirtilmiştir.
Limbik sistem prefrontal korteks ile önemli bir bağı vardır. Bazı bilim insanları bu bağın canlıların problemleri çözdükten sonra alınan zevkle bağlantılı olduğunu ileri sürmektedirler. Bilim insanları bazen duygusal bozuklukları tedavi etmek için bu bağı beyin cerrahisinin uyguladığı prefrontal lob ayrımı(bu isim aslında yanlış kullanımıdır) denilen ameliyatla ayrılırdı. Bu ameliyatı geçiren hastaların çoğu ömür boyu pasif ve motivasyon eksikliği yaşamışlardır.
Limbik sistem sıklıkla “serebral yapı” olarak sınıflandırılır. Bu yapı koku alma duyusu, duygular, araç sürme yeteneği, otonom düzenleme, bellek, patolojik ensefalopati, epilepsi, psikotik semptomlar ve bilişsel bozukluklar ile yakından ilişkilidir. Limbik sistemin işlevsel bağıntılığı duygular ve etkileri, bellek, duyusal süreç, zaman algılama, dikkat, bilinç, içgüdü, otonom kontrol, ve motor davranışlar gibi birçok işlevi yerine getirdiği kanıtlanmıştır. Limbik sistem ile ilgili hastalıklardan bazıları epilepsi ve şizofrenidir.

Hipokampus

Çeşitli bilişsel olayların süreçleri hipokampus alanında gerçekleşmektedir.

Uzamsal bellek

İlk ve en geniş araştırmaları yapılan alanlardan birisi de bellek, özellikle uzamsal bellektir.
Uzamsal belleğin dorsal hipokampustaki dentat gyrus(DG), sol hipokampus ve parahipokampal alan gibi hipokampustaki birçok altbölgesi bulunmuştur. Dorsal hipokampus, ergenlik ve yetişkinlik dönemlerinde  yetişkin doğumlu granül hücreleri (GH) denilen yeni nöronların oluşumu için önemli bir bileşen olduğu keşfedilmiştir. Bu yeni nöronlar uzamsal bellekte düzensel ayrıma katkıda bulunur. Dolayısıyla hücre ağlarındaki ateşlemeyi güçlendirerek daha güçlü bellek oluşumlarını destekler.
Dorsal hipokampus uzamsal bellek oluşumunda görev alırken, sol hipokampus ise dorsal hipokampusun oluşturduğu uzamsal bellekleri geri hatırlar. Eichenbaum ve takım arkadaşları farelerin beyinlerindeki hipokampus lezyonlarını incelerken sol hipokampusun “‘ne’, ‘neden’ ve ‘nerede’ gibi deneyimlerin her birini geri çağrılabilir belleği oluşturmak için kritik bir öneme sahip olduğunu” keşfetmiştir. Bu araştırma sol hipokampusun uzamsal belleğin geri çağrılmasında önemli bir anahtar bileşen olduğu kanıtlamıştır. Fakat Spreng’in araştırmasında sol hipokampusun aslında küçük bellek parçacıklarının birleştirilmesinde genel bir kümelenme alanı olduğu, sadece hipokampusta değil, aynı zamanda başka beyin alanlarınında daha sonra hatırlanması için işlediğini keşfetti.
2007 yılındaki Eichenbaum’un araştırması, hipokampusun parahipokampal alanı ve sol hipokampus gibi belleğin geri çağrılması için aynı zamanda başka bir özelleşmiş alan olduğunu kanıtlamıştır.

Öğrenme

Hipokampusun onyıllardır öğrenme yetisinde de önemli bir işlevi olduğu bilinmektedir. CurlikShors hipokampustaki nörojenez(hücre doğumu) oluşumunun öğrenmedeki etkilerini araştırdı. Bu araştırmacı ve onun takım arkadaşları birçok farklı mental ve fiziksel konularda araştırmalar yaptılar. Araştırmalar sonucunda hipokampusun öğrenme işlevinde yüksek duyarlı olduğunu keşfettiler. Dolayısıyla araştırma sonucunda hipokampusta yeni nöronlar ve bağlantılarını keşfettiler. Bu keşifleri ile hipokampusun görevlerinin anlaşılmasında büyük gelişme yaşandı. Bu yeni hücre oluşumu yetişkin doğumlu granül hücreleri (GH) oluşmasında yardımcı olur. Eichenbaum kendi araştırmasında granül hücrelerinin nörojenez geçmişini ve öğrenme işlevindeki etkilerini açıklayabilmektedır. Bu hücrelerin oluşumu dorsal hipokampusüteki dentat gyrusun(DG) “yüksek uyarımını” tetiklemektedir. Böylelikle bu hücreler hipokampusü etkilemekte olup öğrenme  işlevine katkıda bulunmaktadır.

Hipokampus hasarı

Beynin hipokampal bölgesinde oluşan hasarlar uzamsal bellek gibi özellikle bellek konusunda bütün bilişsel işlevleri etkilediği rapor edilmiştir. Daha önceden denildiği gibi uzamsal bellek hipokampusle önemli bağlantıları olan bilişsel bir işlevdir. Hipokampuse alınan hasarlar beyin hasarı veya ona benzer bir durum olabilirken, araştırmacılar yüksek duygusal uyarımları ve bu spesifik bir bellek türünde hatırlama yeteneğini tetiklemek için çeşitli ilaçlar üzerinde ve etkilerini araştırdılar. Özellikle Parkard’ın yaptığı bir araştırmaya göre, farelerden labirent içinde doğru yolu bulmaları istendi. İlk durumda fareler yüksek duygusal uyarımın sebep olduğu psikolojik baskı ve şok yaşadılar. Labirent deneyi tamamladıktan sonra kontrol grubunun  farelerde hipokampal belleklerde bozulma yaşandığını bildirdiler. Daha sonra ikinci deneyde ise farelere anksiyojenik ilaçlar enjekte edildi. Önceki deney gibi bu deneyde benzer sonuçlar verdi. Farelerin hipokampal-bellek alanları deforme oldu. Bunun gibi çalışmalar gösteriyor ki canlılardaki hipokampus bölgesi belleği ve özellikle uzamsal belleğin hatırlama işlevini etkilemektedir. Ayrıca hipokampus hasarı, hipokampusu
hedefleyen ve  açık bellek  hasarına sebep olan  Glucocorticoidler (GCs) gibi uzun dönem etki eden stres hormonlarının sebep olabileceği saptanmıştır.
1953 yılında 27 yaşındaki Henry Gustav Molaison, epileptik nöbetlerini kısaltmak amacıyla hipokampusun her iki tarafının tamamının alınması için ameliyata girdi. Yaklaşık 50 yıl boyunda hangi spesifik işlevini yitirdiği maksadıyla binlerce test ve araştırma projelerine katıldı. Uzun dönem belleğe asla ulaşamadığı için eylemsel ve anlamsal belleklerini dakikalar içerisinde yitirdi. Fakat duygular sıklıkla korundu. Dr. Suzanne Corkin,  2013 yılında yayınladığı kitabında Henry’nin ölümüne kadar 46 sene boyunca yaptığı trajik “deneylerini” anlattı.

Amigdala

2.2.1    Olaysal otobiyografik bellek (OOB) ağları
Limbik sistemin bir diğer bütünleştirici bölümü ise amigdalanın birçok bilişsel işlevde rol almasıdır. Hipokampus gibi amigdaladaki süreçlerin de hafızayı etkilediği düşünülüyor. Fakat bu hipokampustaki uzamsal bellek değil olaysal otobiyografik bellek ağları tarafından kaynaklanmaktadır. Markowitsch’in  amigdala üzerindeki yaptığı çalışmalara göre amigdala, OOB belleklerini kodlama, kaydetme ve erişebilme yetisine sahip. Amigala’nın bu tür süreçlerini daha iyi öğrenebilmek için Markowitsch ve takım arkadaşları yaptığı araştırmalarla önemli bir kanıta ulaştılar: Amigdalanın ana işlevi anılarla ilgili çağrışımları hatırlar. Dolayısıyla mnemonik olaylar olduktan sonra bellekte kaydolan spesifik duygusal tutumlar başarılı bir şekilde uygun nöral ağlar arasında taranır ve tekrar aktivite olur. Amigdalanın duygusal tutumlar için oluşturduğu bu çağrışımlar önceden uyarılmış OOB ağlarını tarar.
Dikkat  ve duygusal süreçler
Hafıza yetisinin yanında amigdala dikkat ve duygusal süreçlerde de önemli bir beyin bölgesi olarak görünüyor. İlk olarak, bilişsel terimlerle dikkat, önemli uyaranları kabul ederken diğerlerini gözardı etmesidir. Dolayısıyla amigdalanın bu işlevi kendisini önemli bir yapı olduğunu gösteriyor. Önceleri amigdala korkunun bir çeşidi olan, kişinin kendisini kurtarma içgüdüsünden ibaret olduğu sanılırdı. Fakat zaman ilerledikçe, Pessoa  gibi araştırmacılar EEG kayıtlarının yardımıyla amigdalanın canlıda uyaranı belirleme ve ona göre cevap verdiğini kanıtladılar. Fakat önceleri sadece amigdalanın korku içgüdüsüyle ilgili olduğu düşünülürdü. Keşiflerle birlikte amigdalanın işlevlerine daha çok hakim olduğumuzdan dolayı, amigdaladaki duygusal süreçleri araştırmaya başlanmıştır. Kheirbek amigdalanın duygusal süreçlerde görevi olduğu ve özellikle ventral hipokampusta olduğunu kanıtlamıştır. Keheirbek ventral hipokampusu nörojenezde ve yetişkin doğumlu granül hücrelerinin (GH) doğumunda rolü olduğunu kanıtlamıştır. Bu hücreler sadece uzamsal hafızanın genişlemesinin, nörojenezin veya hipokampustaki öğrenme yetisiyle ilgili değil aynı zamanda amigdalanın önemli bir bileşeni olduğu görülüyor. Pessoa’nın (2009) araştırmalarında öngördüğü gibi bu hücrelerin kaybında düşük duygusal tepki sebep oluyor. Dolayısıyla Anksiyete türevi hastalıklara yüksek oranda davetiye çıkarmış oluyor.

Sosyal süreçler

Özellikle yüz analizlerinde gibi sosyal süreçler, amigdalaya özgü bilişsel bir bölgedir. Todorov’un yaptığı bir çalışmaya göre, Fonksiyonel Manyetik Rezonans Görüntüleme (fMRI) yardımıyla amigdalanın yüz analizi yapıp yapmadığının anlaşılması için araştırma yapıldı. Araştırmada fMRI’da sonuçlar çıktıktan sonra amigdalanın yüz analizinde önemli bir rolü olduğunu keşfetti. Ama Koscik ve takım arkadaşlarının yaptığı bir araştırmaya göre, güvenilirlik özelliği yüz analizinde özellikle araştırıldı. Koscik ve takım arkadaşları amigdalanın bireyin güvenilirliğinin analizinde amigdalanın yer aldığını kanıtlamışlardır. Yine kendileri amigdalada hasar olduğunda güvenilirliğin nasıl etkilendiğini araştırdılar. Sonuca göre amigdalası hasarlı olan bireyler güvenilirlik ve ihaneti karıştırdığını, dolayısıyla güvenme konusunda hata yaptıkları gözlemlendi. Rule ve meslektaşlarıyla birlikte amigdalada genel ilk etkilenimler ve gerçek dünya uyaranlarına dair 2009’da araştırma yaparak, güvenilirliğin amigdaladaki işlevi hakkındaki görüşlerini genişletti. Araştırmalarında CEO’ların ilk etkilenimleri de vardı. Rule 2009’daki araştırmasında 2 yıl sonra Koscik tarafından araştırılacağı gibi, amigdalanın güvenirliliğin analizinde rol aldığını ve yüzleri gördükten sonraki ilk etkilenimlerinin değerlendirilmesinde genel bir görevi olduğunu kanıtlamıştır. Todorov’un yüzlerin analizinde amigdalanın rolü ve Korsick’in amigdala ve güvenilirlik çalışmaları ile birlikte bu son araştırma sonucunda amigdalanın sosyal süreçlerde sağlam kanıtlar bulunmuştur.

Evrimi

Üçlü beyin teorisi’nin fikir babası Paul D. MacLean, limbik sistemin önbeyin bölgelerinden daha eski olduğunu, sürüngenler ve özellikle memelilerin(insanlarda dahil) evrimsel gerekliliği olan savaş ya da kaç içgüdüsünü geliştirdiği hipotezini kurdu. MacLean insan beyninin evrimsel olarak başarılı özellikle ön ve üst lobların geliştiği 3 farklı bölgeden oluştuğunu öne sürdü. Bu bölgeler sırasıyla:
1 - The arkipalyum ya da ilkel (“sürüngen”) beyin: Beyin sapının yapıları(medulla, pons, serebellum, mesensefalon, en eski bazal nükleus), globus pallidus ve koku soğanı.
2 - The paleopalyum ya da orta (“eski memeli”) beyin: Limbik sistemin tüm yapılarını içerir.
3 - Neopalyum, üst ya da rasyonel(“yeni memeli”) beyin: Beynin tüm hemisferlerini(neokorteks denilen yeni bir türde dahil) ve korteks altı nöron gruplarını kapsar. Neopalyum beyin üstün memelilere karşılık gelir. Dolayısıyla primatlar ve insan türüde bu grup içindedir. Unutulmamalıdır ki insanlar ve primatlardan ayrı memeli türlerinde benzer neokorteks gelişimi olmaktadır. Örneğin deniz memeli türleri ve filler bu duruma örnek verilebilir. Böylelikle ‘üstün memeliler’ sınıflandırması farklı türlerde de oluştuğu için evrimsel bir sebepten dolayı değildir. Çeşitli zeka derecelelerinin evrimi yakınsak evrime örnektir. Kuşlar  gibi memeli olmayan türlerde de bu durum görülebilmektedir.
MacLean’a göre tüm yapılar birbiriyle bağlantılı olmasına rağmen hepsinin kendine özgü enteresan düzeylerde zeka, öznellik, zaman ve mekan algısı, hafıza, değişkenliği ve daha genel spesifik fonksiyonları vardır.
Fakat yapıların kategorize edilmesi her ne kadar mantıklı görünse de, halen bazılarının soyu tükenmiş olan  dört üyeliler(tetrapoda), hipotezin bazı yerlerini özellikle ‘sürüngen’  ve ‘eski memeli’ terimlerinin doğruluklarını zorlaştırıyor. Sürüngenlerin ve memelilerin ortak ataları temel altbölgeleri ve amigdalanın nükleusunun birbiriyle bağlantılarının kurulu olduğu gelişmiş bir limbik sisteme sahipti.[27] Dahası, memelilerden bağımsız olarak ancak neredeyse aynı dönemde evrimleşen dinozorlardan evrimleşmiş kuşların oldukça gelişmiş bir limbik sistemi vardır. Anatomik olarak limbik sistemi memelilerden farklı olan kuşlar işlevsel olarak eşittir.

Klinik önemi

Limbik sistemde oluşan herhangi bir hasar Alzhemier, anterogradi(ileriye dönük) amnezi, retrograd(geriye dönük) amnezi ve Kluver-Bucy sendromu gibi önemli hastalıklara sebebiyet verir.

Etimolojisi ve tarihi

Limbik terimi Latince’de ‘sınır’ veya ‘uç’, medikal terminolojide bir anatomik bileşenin sonu anlamına gelen limbusdan gelmektedir. Paul Broca bu terimi beyindeki iki ayrı işlevsel bileşeni arasına aldığı için vermiştir.
Limbik sistem terimi 1949’da Amerikalı doktor ve nörolog olan Paul D. MacLean tarafından söylenmiştir. Fransız doktor Paul Broca 1878’de ilk olarak beynin bu kısmına le grand lobe lim-bique adını vermiştir. Broca oldukça derin olan kortikal dokuyu ve altındaki korteks altı nükleusun aralarındaki farklılıklarını araştırmıştır. Fakat duygular konusundaki genel olarak varsayılan modelin çoğu 1937’de James Papez tarafından duyguların anatomik modeliyle (Papez çemberi) açıklamıştır. Limbik sistemin duyguların kortikal temsili konusundan sorumlu olduğu Heinrich Kluver ve Paul Bucy tarafından keşfedilmiştir. Birçok araştırmadan sonra Kluver ve Bucy, maymunlarda temporal lobların her iki tarafı çıkarıldıktan sonra ekstrem davranış sendromları geliştirmiştir. Temporal lobun cerrahi yöntemlerle çıkarılmasından sonra(lobektomi), maymunların agresif davranışlarında azalma görülmüştür. Hayvanların görsel uyaranlara karşı azalmış eşik olduğu görüldü. Dolayısıyla manmunların önceden bildiği objeleri tanıyamadıkları görülmüştür. MacLean, ilave yapıları daha dağınık bir “limbik sistem”e dahil etmek için bu fikirleri geliştirmiştir. Bu sisteme dair daha fazla özellik yukarıda açıklanmıştır.MacLean beynin duygu ve davranış yetilerinin kontrol edebilmesinden ilgi duymuştur. Epilepsi hastalarındaki beyin aktivitelerinin ölçülmesi ile ilgili ön çalışmalarından sonra MacLean kediler maymunlar ve diğer memeliler gibi bilinçli hayvanların farklı beyin bölgelerini elektrodlarla uyarıp tepkilerini kaydederek çalışmalarına devam etmiştir. 1950’lerde agresiflik ve cinsel uyarılma gibi bireysel davranışların psikolojik sebeplerini araştırmaya başladı. MacLean duyguların beyindeki merkezi olan limbik sistemi ve hipokampus ile amigdalanın içinde olduğu bölgeyi açıkladı. Papez’in yaptığı gelişmiş gözlemleme yöntemleriyle MacLean ilkel memelilerdeki savaş ya da kaç içgüsünün kontrolü ve duygusal olarak zevk ve acı veren hislerin tepkileri için limbik sistemin evrimleştiğini keşfetti. Bu fikir şu an için sinirbiliminde ekseriyetle kabul görmektedir. Ayrıca MacLean limbik sistem konusunda sistemin varlığı “memelilerin evrimsel tarihini ve  onların eşsiz aile hayatını temsil ettiğini” tanımlıyor. 1960’larda Dr.MacLean teorisini insan beyninin tüm yapılarına hitap etmek için geliştirdi ve evrim geçmişini 3 bölüme ayırdı. Böylelikle üçlü beyin modeli olarak adlandırmıştır. MacLean limbik sistemi açıklamak bir yana, sürüngenlerle ilgili sadece solunum ve kas hareketleri gibi temel fonksiyonları kontrol eden R-kompleksindende(sürüngen beyni) söz etmiştir. Üçüncü kısım olan Kısım olan neokorteks konuşma ve mantıklı düşünme gibi yetileri kontrol eder. Limbik sistem kavramı Walle Nauta, Lennart Heimer halen birçok bilim insanı tarafından araştırılmakta ve geşiltirilmektedir.

Akademik tartışmalar

Limbik sistem teriminin kullanımı hakkında halen tartışmalar sürmektedir. LeDoux gibi bilim adamları limbik sistemin teriminin artık kullanılmaması gerektiğini dile getirmişlerdir. Aslen limbik sistem beynin duygusal merkezi,  neokorteks ise düşünme merkezi olarak bilinirdi. Fakat bilme yetisi anlama-kavrama ve anıları saklamaya yarayan limbik sistemin en ilkel yapılarından olan hipokampusun dahil olmasına bağlıdır.
Hipokampus hasarı önemli bilişsel(hafıza) sorunlarına sebep olur. Ayrıca halen limbik sistemin nörobilimdeki gelişmeler sebebiyle sürekli “sınırları” tekrar tanımlanmaktadır. Bu yüzden, limbik sistemin duygusal yetilerle yakından bir alakası varken beynin tümü bu işlemleri yapıyor olarak düşünülebilir.