Son yıllarda sinir biliminde bazı çarpıcı ilerlemeler görüldü, ancak beynin kritik bir kısmı hâlâ gizemini koruyor. Beynin arka kısmında topuz şeklinde yer alan ve Latince "küçük beyin" anlamına gelen beyincikten bahsediyorum. Bu hiç de küçümsenecek bir gözden kaçırma değil: Beyincik, başka yerlerde bulunan karmaşık nöron çalılıklarının tersine, neredeyse kristalimsi bir düzende düzenlenmiş olan beyindeki tüm nöronların dörtte üçünü içerir.

Ansiklopedi makaleleri ders kitapları da beyinciğin işlevinin vücut hareketlerini kontrol etmek olduğunun altını çiziyor. Beyinciğin bu işleve sahip olduğuna şüphe yoktur. Ancak bilim insanları artık bu uzun süredir devam eden görüşün miyop olduğundan şüpheleniyor.

Ya da Kasım ayında Washington DC'de bir konferansa katılırken öyle öğrendim. Sinirbilim Derneği yıllık toplantısıdünyadaki sinir bilimcilerinin en büyük buluşması. Orada bir çift sinir bilimci bir toplantı düzenledi. sempozyum beyinciğin motor kontrolüyle ilgisi olmayan yeni keşfedilen fonksiyonları üzerine. Yeni deneysel teknikler, beyinciğin hareketi kontrol etmenin yanı sıra karmaşık davranışları, sosyal etkileşimleri, saldırganlığı, çalışma hafızasını, öğrenmeyi, duyguyu ve daha fazlasını düzenlediğini gösteriyor.

Baskın Bilgelikte Bir Çatlak

Beyincik ile hareket arasındaki bağlantı 19. yüzyıldan beri bilinmektedir. Beyin bölgesinde travma geçiren hastaların denge ve hareket konusunda bariz zorlukları vardı, bu da hareketin koordine edilmesinde bunun kritik öneme sahip olduğuna şüphe bırakmıyordu. Onlarca yıl boyunca nörobilimciler, beyincikteki benzersiz sinir devresinin motor fonksiyonunu nasıl kontrol ettiğine dair ayrıntılı bir anlayış geliştirdiler. Beyinciğin nasıl çalıştığına dair açıklama su götürmez görünüyordu.

Daha sonra 1998 yılında dergide Beyinnörologlar bildirdi geniş kapsamlı duygusal ve bilişsel engeller beyincik hasarı olan hastalarda. Örneğin 1991 yılında 22 yaşında bir üniversite öğrencisi kız buz pateni yaparken düşmüş; CT taramasında beyincikte bir tümör ortaya çıktı. Ameliyatla alındıktan sonra tamamen farklı bir insandı. Zeki üniversite öğrencisi ustalıkla yazma, zihinsel aritmetik yapma, sıradan nesneleri adlandırma veya basit bir diyagramı kopyalama yeteneğini kaybetmişti. Ruh hali düzleşti. Örtülerin altına saklandı ve uygunsuz davrandı, koridorlarda soyundu ve bebek gibi konuştu. Tanıdık yüzleri tanımak da dahil olmak üzere sosyal etkileşimleri de bozulmuştu.

Bu ve benzeri durumlar yazarları şaşırttı. Bu üst düzey bilişsel ve duygusal işlevlerin serebral korteks ve limbik sistemde yer aldığı anlaşıldı. "Serebellar rolün tam olarak ne olduğu ve beyinciğin bunu nasıl başardığı henüz belirlenmedi" sonucuna vardılar.

Geleneksel düşüncenin yanlış yolda olduğuna dair klinik çalışmalardan elde edilen bu ipuçlarına rağmen, önde gelen otoriteler hâlâ beyinciğin işlevinin hareketi kontrol etmek olduğu ve başka bir şey olmadığı konusunda ısrar ediyordu. "Bu biraz üzücü çünkü [bu vakaların bildirilmesinden bu yana] 20 yıl geçti" dedi Diasynou FioravanteKonferans sempozyumunu ortak düzenleyen Kaliforniya Üniversitesi Davis'ten nörofizyolog.

Sinir bilimci, diğer nörologların hastalarındaki nöropsikiyatrik bozuklukları başından beri fark ettiklerini söyledi. stephanie rudolph Sempozyumu Fioravante ile birlikte düzenleyen Albert Einstein Tıp Fakültesi'nden Dr. Ancak beyincikteki benzersiz sinir devrelerinin bildirilen psikolojik ve duygusal işlevleri nasıl düzenleyebileceğine dair kesin anatomik kanıt bulunmadığından klinik raporlar gözden kaçırıldı.

Artık beyincik devrelerinin daha iyi anlaşılması, bu vaka çalışmalarının doğru, baskın bilgeliğin ise yanlış olduğunu kanıtlıyor.

Hassas Kablolama

The beyincikteki kablolama düzeni Beynin nöronlarının dörtte üçünü 4 inçlik bir lobda yoğunlaştıracak şekilde hassas bir şekilde organize edilmiş ve sıkıştırılmıştır. Purkinje hücresi olarak adlandırılan beyincikteki ana nöron türü, yelpaze mercan gibi geniş dallara sahiptir, ancak düzleşmiş ve neredeyse iki boyutludur. Fanın kanatları, gelen sinyalleri alan nöronun dendritleridir. Bu düz nöronlar, sanki milyonlarca yelpaze mercan sıkı bir demet halinde üst üste istiflenmiş gibi paralel olarak düzenlenmiştir. Binlerce küçük nöron, bir dokuma tezgahındaki iplikler gibi, dendrit yığını boyunca dik olarak aksonları (beynin elektriksel uyarılar için iletim kablolarını) çalıştırır. Her akson, onbinlerce Purkinje hücresinin dendritlerine bağlanır.

Bu düzeyde bir bağlantı, beyinciğin 50 milyar nöronuna şaşırtıcı bir entegrasyon kapasitesi kazandırır. Beyinciğe özgü bu devre, vücut hareketini düzenlemek için duyulardan gelen muazzam miktarda veriyi işleyebilir. Sahnede sıçrayan bir balerin akıcı hareketi, beyinciğin, uzuvların değişen konumlarını takip ederken, dengeyi korurken ve vücudun hareket ettiği alanın haritasını çıkarırken tüm duyulardan gelen bilgileri hızlı bir şekilde işlemesini gerektirir. Beyincik, kasları hassas zamanlamayla kontrol etmek ve bunu duygu ve motivasyonla yönlendirilen doğru sosyal bağlamda yapmak için bu dinamik bilgiyi kullanır.

Fioravante ve Rudolph bana, nörobilimcilerin beyincikteki vücut hareketlerine ilişkin bilgileri birleştiren güçlü sinir devrelerinin aynı zamanda onu karmaşık zihinsel süreç ve davranışlarla baş edebilecek şekilde donattığını artık fark ettiklerini söyledi.

Sempozyum başlamadan önce konuştuğumuz sırada Rudolph, "Örneğin şu anda" diye açıkladı, "siz sorular soruyorsunuz, biz de cevap veriyoruz. Bu karmaşık bir davranış.” Konuşmamı anlaması, bir yanıt oluşturması ve ardından kelime üretmek için kaslarını kullanması gerekiyordu. Ayrıca beden dilimi ve diğer ince sinyalleri de almak zorundaydı. "Örneğin şu anda başını sallıyorsun, dolayısıyla dinlediğin ve ilgilendiğin sonucunu çıkarabiliyorum" dedi.

Daha önce konuşma için gereken motor kontrolünün karmaşıklığını tam olarak anlamamıştım. Fiziksellik yalnızca dil ve dudakların karmaşık jimnastiklerini (ses üretmek, perdeyi ve ses seviyesini ayarlamak için) değil, aynı zamanda jestleri de içerir. Sözlerimiz diğer kişi hakkında konuşmamamız için zamanlanmıştır ve sosyal bağlama göre düzenlenmiştir: uygun duyguyla aşılanmıştır ve motivasyon, düşünce, beklenti ve ruh hali tarafından yönlendirilir.

Bu çeşitli işlevleri koordine etmek, beynin derin bölgelerinde gerçekleştirilen kalp atış hızı ve kan basıncının düzenlenmesinden, limbik sistem tarafından gerçekleştirilen duyusal ve duygusal bilgilerin işlenmesine kadar beynin yaptığı neredeyse her şeyden yararlanmayı gerektirir. Aynı zamanda prefrontal serebral korteksteki anlama, engelleme ve karar verme gibi en üst düzey bilişsel işlevlerle meşgul olmayı da gerektirir.

Beyinciğin bunu yapabilmesi için beynin tamamını kapsayan bağlantılara sahip olması gerekir. Şimdiye kadar buna dair kanıtlar eksikti ancak yeni teknikler bu yolları ortaya çıkarıyor.

Duyusal Girdi Merkezi

Sadece onlarca yıl önce, nöroanatomistler beynin haritasını çıkardıklarında, beyincikten, limbik sistem ve prefrontal korteks gibi duygu ve bilişi kontrol eden beyin bölgelerine kadar doğrudan bir bağlantı bulamadılar. Bu da onların beyinciğin bir şekilde izole edildiğine ve bu yüksek bilişsel işlevlerle ilgisi olmadığına inanmalarına yol açtı. Ancak tıpkı haydutların araç değiştirerek iz sürücüden kaçabilmesi gibi, sinir sinyalleri de bir nörondan diğerine sıçrayabilir. Bu gizli eylem, nöroanatomistleri beyincikten uzaklaştırdı.

Yeni yöntemler, nöroanatomistlerin beyincikten başlayarak röle noktaları boyunca bu yolları takip etmelerini ve bunları tüm beyin boyunca takip etmelerini sağladı. Örneğin araştırmacılar, tam olarak hangi nöronlarla temasa geçtiklerini görmek için nöronlara kuduz virüsleri yerleştirebilirler. Sinir devrelerindeki trafik akışını görebilmek için, bir sinir uyarısı tetiklendiğinde yanıp sönecek şekilde floresan proteinleri genetik olarak tasarladılar. Ayrıca nöron trafiğinin geride bıraktığı ayak izlerini de takip edebiliyorlar: Bir nöron ateşlendiğinde üretilen proteinlerin görünümü, belirli bir davranış gerçekleştirildiğinde sinir ağında iletişim kuran tüm hücrelerin tanımlanmasına yardımcı olabiliyor.

Sempozyumda araştırmacılar, bu yeni yöntemlerin ortaya çıkardığı ve beyincikle ilgili gelişen anlayışlarını gösteren çok sayıda etkileyici yeni bulguyu paylaştılar.

Jessica Verpeut Arizona Eyalet Üniversitesi'nden bir araştırmacı, farelerde sosyalleştiklerinde veya bir labirentte gezinmeyi öğrendiklerinde beyin boyunca etkinleşen karmaşık ve geniş serebellar bağlantı ağını tanımlayan verileri bildirdi.

Rudolph, yavrularına bakan dişi farelerde incelenen annelik davranışının, beyincik üzerinde etkili olan hormonlardan, özellikle de anneye bağlanmayı destekleyen oksitosin hormonundan etkilendiğini gösteren deneyleri paylaştı. Bu mekanizma deneysel olarak bozulunca anne artık yavrularıyla ilgilenemez hale geldi.

Yi Mei Yang Minnesota Üniversitesi'nden bir araştırma, belirli serebellar nöronları bozduğunda farelerin, kafeslerine yerleştirilen yabancı farelerle etkileşime girme ilgisini kaybettiğini gösterdi. Ancak yeni cansız nesnelerle etkileşimde bulunma ve bunları hatırlama konusunda hiçbir zorluk yaşamadılar. Bu, otistik insanların deneyimlediğine benzer şekilde, karmaşık sosyal tanıma hafızasında bir eksiklik olduğunu gösteriyordu.

Aslında otizmli kişilerde beyincik genellikle daha küçüktür ve Aleksandra Badura Rotterdam'daki Erasmus Üniversitesi Tıp Merkezi'nden bir araştırmacı, beyinciğin özellikle sosyal bağlamlarla ilgili sinyaller için bir duyusal girdi merkezi olması nedeniyle otizmde rol oynadığını öne süren yeni veriler sundu.

Bu yeni araştırma fare çalışmalarının ötesine geçiyor. Andreas Thieme Almanya'daki Essen Üniversite Hastanesi'nden Dr., beyincik hasarının neden olduğu duygusal ve bilişsel bozuklukları doğru bir şekilde teşhis etmek için kullanılan yeni bir klinik testi sundu.

Bu yeni, çığır açıcı çalışmalar, beyinciğin hareketi kontrol etmenin yanı sıra karmaşık sosyal ve duygusal davranışları da düzenlediğini gösteriyor. Bu küresel etkiyi elde etmek için beyincik, beyindeki bağlantılara sahip, veri işleyen bir merkez olmalıdır. Bu kadar çok nörona sahip olmasına şaşmamalı. Bu üst düzey komuta ve kontrolü tek başına gerçekleştirmek için aslında biraz beyin gerekir.