Beyin

Beyin (Eski Türkçede meñi, Orta Türkçede mengi ya da meyin), sinir sisteminin merkezi olarak hizmet eden bir organıdır. Bütün omurgalı hayvanlar ve çoğu omurgasız hayvan -bazı süngerler, knidliler, tulumlular ve derisi dikenliler gibi omurgasızlar hariç- beyne sahiptir. Baş kısmında; duyma, tatma, görme, denge, koklama gibi duyulara hizmet eden organlara yakın bir noktada bulunan beyin omurgalıların vücudundaki en karmaşık organdır. Normal bir insanda serebral korteksin (en geniş kısmı) 15-33 milyar nörondan müteşekkil olduğu tahmin edilmektedir.[1] Her biri birkaç bin nöronla sinaps denen bağlantılar yardımıyla bağlıdır. Bu nöronlar birbirleriyle akson denen uzun protoplazmik lifler yardımıyla iletişim kurar. Aksonlar bilgiyi beynin diğer kısımlarına yahut vücudun spesifik alıcı hücrelerine taşır.

Fizyolojik olarak, beynin fonksiyonu vücudun diğer organlarının merkezi kontrolünü sağlamaktır. Hormon denen kimyasalların salgılanmasının işletimi ve kas aktivitesinin oluşumu vücudun diğer organları üzerindeki işlevlerindendir. Bu merkezi kontrol çevredeki ufak değişimlere bile gayet süratli ve koordine bir tepki vermeyi sağlar. Bazı temel tepkilerden olan refleksler, omuriliğin ve çevresel gangliyonların aracılığıyla gerçekleşebilir, fakat kompleks duyusal impulslara bağlı bilinçli yapılan komplike davranışlar ise beynin bilgileri bütünleme kabiliyetine ihtiyaç duyar.

Merkezî sinir sisteminin kafa boşluğu içinde yer alan parçası ansefal olarak adlandırılır. Fransızca encéphale tüm beyin demektir. Ansefaldeki merkezlerin en önemlileri omurilik soğanı, beyincik ve beyindir.

Türlerin beyinleri şekil ve boyut açısından muazzam bir fark gösterebilir ve ortak özelliklerini belirlemek genellikle güçtür.[2] Buna rağmen beyin mimarisinin geniş tür yelpazesi için uygulanabilir bazı prensipleri vardır.[3] Bu geniş yelpazede beyin yapısı bazı yönlerden hemen hemen birçok hayvan türünde ortaktır[4] ancak diğer yönleri "gelişmiş" beyni ilkel örneklerinden ayırmaktadır ya da omurgalı ve omurgasızları ayırt etmektedir.[5]

Beyin anatomisi hakkında bilgi kazanmanın en kolay yolu görsel incelemelerdir ama daha kompleks teknikler de geliştirilmiştir. Beyin dokusunu doğal halinde incelemek güçtür çünkü üzerinde çalışmak için fazla yumuşaktır. Eğer alkol veya diğer fiksatiflelere muamele edilirse sertleştirilebilir ve sonra istenen çalışma için iç incelemesi yapılabilir. Gözle görülür biçimde beynin iç kısımlarında gri madde denen koyu renkli alanlara rastlanır. Daha açık renkli bu bölümden ayrılmış beyaz madde de gözlenir. Daha fazla bilgi spesifik bir molekülün yüksek konsantrasyonlarda bulunduğu yerleri gösteren çeşitli kimyasallarla boyanmış beyin dokusu örneklerinden elde edilebilir. Ayrıca mikroskoplarla beynin mikro yapısı da incelenebilir ve beynin bir bölümünden diğerine olan bağlantı yolları da takip edilebilir.[6]

Tüm türlerin beyinleri esasen iki geniş hücre sınıfından oluşur: nöronlar ve gliyal hücreler. Gliyal hücreler (tutkal, gliya ya da nörogliya olarak da bilinir) çeşitli tiplere ayrılır ve birçok kritik (hayati) görevi yerine getirir; bunlar arasında yapısal desteklik, metabolik destek, yalıtım ve gelişime rehberlik etme gösterilebilir. Buna karşın nöronlar genellikle beyindeki en önemli hücreler olarak ele alınmaktalardır.

Nöronlar bu sinyalleri akson adı verilen hücre gövdesinden çıkan ve genelde birçok dala sahip protoplasmik lif yapısındaki uzantılarıyla diğer bölgelere iletirler, bazen yakın bölgelere bazen de beynin ve vücudun uzak noktalarına bu impulslar taşınır.

Bir aksonun boyu olağanüstü derecede uzun olabilir; örneğin, cerebral korteksin bir piramit hücresi (bir tür nöron) büyütülseydi muazzam derecede uzun olabilirdi ve insan vücudu kadar uzayabilirdi. Eğer aksonu da aynı derecede büyütülseydi birkaç santimetre çapında ve kilometrelerce uzunlukta bir kablo ortaya çıkardı.

Aksonlar bu sinyalleri aksiyon potansiyeli adı verilen elektrokimyasal iletiler şeklinden saniyenin binde biri sürede ve saniyede 1-100 metre hızla iletirler.

Özellikle, 3 hayvan grubunda komplike beyin bulunmaktadır: eklembacaklılar (artropod) (örneğin: böcekler ve kabuklu hayvanlar), kafadanbacaklılar (cephalopod) (örneğin: ahtapot ve mürekkepbalığı) ve omurgalılar.[7] Eklembacaklıların ve kafadanbacaklıların beyni, birbirine paralel ikiz sinirden meydana gelmektedir. Eklembacaklılar üç loptan ve görme işlemi için oluşmuş göz arkasındaki geniş "optik lop"lardan oluşan merkezi bir beyine sahiptir.[7]

Omurgalıların beyni, sonradan omuriliğe dönüşecek olan arkadaki bir nöral tüpün öndeki kısmından gelişir.[8] Omurgalılarda beyin kafatası kemikleri tarafından korunmaktadır. Serebral korteksin kıvrım sayısı, canlının gelişmişliğini belirler. Kıvrım sayısı arttıkça basamak yükselir. Balık, sürüngen gibi ilkel omurgalılar beyninin dış katmanlarında altı katmandan daha az nörona sahiptir. Bu konfigürasyona allokorteks (veya heterotipik korteks) adı verilmektedir.[9]

Memeliler gibi daha komplike omurgalılarda, allokortekse ilaveten altı bölmeli neokorteks (veya homokorteks) bulunmaktadır.[9] Memelilerde, daha fazla kıvrımlı beyin, daha gelişmiş beyinle karakterizedir. Bu kıvrımlar, kafatasına sıkışmış beyindeki nöronlara daha geniş bir alan sağlamaktadır. Kıvrılma, daha fazla gri maddenin daha az bir hacmin içine yerleşmesini sağlar. Kıvrımlar tıp dilinde gyrus (çoğul gyri), kıvrımlar arası boşluk da sulcus (çoğul sulci) olarak adlandırılır.

İnsan beyni üç zarla sarılmıştır. Bunlar, en dışta duramater, ortada araknoid mater, en içte ise piamater bulunur.

Beynin genel histolojik incelenmesi kişiden kişiye değişmese de, yapısal anatomi incelemesi farklı olabilmektedir. Temel embriyolojik bölümlerin tersine, spesifik gyrus veya sulcusların yeri, birincil duyu bölgeleri ve diğer yapıların yerleri türlere göre değişebilmektedir.

Böceklerde beyin dört bölümden oluşur: optik bölmeler, protoserebrum, dutoserebrum, tritoserebrum. Optik bölmeler her bir gözün arkasında bulunur ve görsel uyarıyı sağlar.[7] Protoserebrum, kokuya cevap veren mantar vücudu ve merkezi vücut kompleksini barındırır. Arı gibi bazı türlerde mantar vücut kısmı görme duyusundan da uyarı almaktadır. Dutoserebrumda kokuları birbirinden ayırt etmeyi sağlayan ve baştaki antenlerin dokunma reseptörlerinden bilgi alan anten lobları bulunmaktadır. Sineklerin ve güvelerin anten lobları oldukça komplikedir.

Kafadanbacaklılarda beynin özofagus tarafından ayrılmış iki bölgesi vardır: supraözofagal kütle ve subözofagal bölge.[7] Bu iki kütle birbiriyle iletişimini bazal loplar ve arka magnoselüler loplarla sağlar.[7] Geniş optik loplar bazen beynin bölmesi olarak tanımlanmaz çünkü anatomik olarak beyinden ayrıdırlar ve optik saplarla beyine katılırlar. Ama optik loplar görme işlemini sağladıklarından fonksiyonel olarak beynin bir parçasıdır.

Duyu organlarından gelen bilgi beyinde toplanır, beyinde bu bilgi doğrultusunda organizmanın yapacağı hareket belirlenir. Beyin kendine gelen veriyi işleyerek çevrenin yapısına dair çıkarımlar yapar. İşlenmiş bu bilgiyi canlının o anki ihtiyaçlarına dair bilgi ve geçmişe dair anılarla birleştirir. Bu işlemlerin sonucu doğrultusunda hareket örgüleri oluşturur. Sinyalleri işleme süreci çok sayıda farklı işleve sahip alt sistem arasında karmaşık bir etkileşim gerektirir.[10]