Beyin ana olduğunu organı arasında sinir sisteminin bir ikili hayvanlar . Bu terim yaygın (bilimsel olmayan) bir dildir ve kordalılarda , insanlar gibi , ansefalon'a veya ansefalonun yalnızca bir kısmına, prosensefalon'a ( telensefalon + diensefalon ) veya hatta yalnızca telensefalon'a atıfta bulunabilir . Ancak bu yazıda beyin terimi en geniş anlamını alıyor.
Kordalı beyin bulunan kafa ile korunmaktadır, kafatası içinde kraniyatlar ve boyutu büyük ölçüde değişiklik gösterir türler için türleri . Diğer dallardaki hayvanlar için , bazı sinir merkezleri, kordatlara benzetilerek beyin olarak da adlandırılır .
Beyin , kaslar veya bezler üzerinde hareket ederek vücuttaki diğer organ sistemlerini düzenler ve bilişsel işlevlerin merkezidir . Vücudun bu merkezi kontrolü, çevresel değişikliklere hızlı ve koordineli yanıtlara izin verir. Refleksler , basit yanıt desenleri beynin müdahale gerektirmez. Bununla birlikte, daha karmaşık davranışlar, beynin duyusal sistemler tarafından iletilen bilgileri entegre etmesini ve uyarlanmış bir yanıt sağlamasını gerektirir.
Beyin, birbirine bağlı birkaç milyara kadar nöron içerebilen son derece karmaşık bir yapıdır . Nöronlar, birbirleriyle akson adı verilen uzun protoplazmik lifler aracılığıyla iletişim kuran beyin hücreleridir . Bir nöronun aksonu, sinir uyarılarını , aksiyon potansiyellerini , beynin veya vücudun az ya da çok uzak bölgelerinde bulunan belirli hedef hücrelere iletir . Glial hücreler , ikinci beyin hücre tipidir ve nöronlar ve işlevleri destek etrafında pozisyonların çeşitli sağlar. Glial hücreler ve nöronlar muhtemelen başında bir araya ilk kez görülmemiş olmasına rağmen XIX inci yüzyıl, kimin morfolojik ve fizyolojik özelliklerini doğrudan sinir sisteminin ilk araştırmacıları için gözlenmiştir aksine nöronlar, glial hücreler ortalarına kadar, kabul edildi arasında XX E basitçe “tutkal” “sopa” birlikte nöronlar gibi yüzyıl.
Sinirbilimdeki büyük ilerlemelere rağmen , beynin işleyişi hala tam olarak anlaşılamamıştır. Onunla tutar ilişki akla , hem çok tartışma konusu olan felsefi ve bilimsel .
Başlangıcından bu yana, beyin araştırması üç ana aşamadan geçti: felsefi aşama, deneysel aşama ve teorik aşama. Sinirbilimin geleceği için, bazı yazarlar bir simülasyon aşaması öngörüyorlar.
Beyin, bilinen en karmaşık biyolojik yapıdır ve bu, genellikle farklı türlerin beyinlerini görünümlerine göre karşılaştırmayı zorlaştırır. Bununla birlikte, beynin mimarisi, çok sayıda tür için ortak olan birkaç özelliğe sahiptir. Üç tamamlayıcı yaklaşım, bunların altını çizmeyi mümkün kılar. Evrimsel yaklaşım , beynin anatomisini farklı türler arasında karşılaştırır ve belirli bir atanın tüm inen dallarında bulunan karakterlerin ortak atalarında da mevcut olduğu ilkesine dayanır . Gelişimsel yaklaşım , embriyonik aşamadan yetişkin aşamasına kadar beyin oluşum sürecini inceler . Son olarak, genetik yaklaşım analiz ifade ait genlerin beynin farklı alanlarda.
Tarihleri görünümünü geri beynin kökeni bilaterians , ana alt bölümleri biri hayvanlar alemindeki vasıflandırılan ikili simetri etrafında 550-560, organizmaların milyon yıl önce . Bu taksonun ortak atası tübüler , vermiform ve metamerize tipte bir organizasyon planı izlemiştir ; İnsanlar da dahil olmak üzere, mevcut tüm çiftçilerin vücudunda bulunmaya devam eden bir model . Gövdenin organizasyonu bu temel planı bir boru ihtiva eden bir sindirim sistemine bağlayan ağız ve anüs ve sinir kablosu bir taşır ganglion seviyesinde büyük bir ganglion gövdesinin ve özellikle her metamere düzeyinde alın "beyin" olarak adlandırılır.
Beyin bileşimi protostomians bu çok farklıdır omurgalılar (hangi epineurians o kadar ki durumları dışında iki yapı karşılaştırma zor olduğu,) genetik . Birçok protostomans olan hyponeurians ; iki grup, nispeten karmaşık beyinleri ile öne çıkıyor: eklembacaklılar ve kafadanbacaklılar . Bu iki grubun beyinleri, hayvanın vücudu boyunca uzanan iki paralel sinir kordonundan kaynaklanır. Eklembacaklılar, üç bölümlü merkezi bir beyne ve görsel işleme için her bir gözün arkasında büyük optik loblara sahiptir . Kafadanbacaklılar, tüm protostomanlar arasında en büyük beyne sahiptir. Ahtapotlarınki, akorlarda karşılaşılana benzer bir karmaşıklıkla, ahtapotların bir alet kullanma olasılığı gibi bilişsel yetenekler geliştirmesine izin veren oldukça gelişmiştir.
Bazı hiponöriyenlerin beyinleri özellikle incelenmiştir. Sinir sisteminin basitliği ve erişilebilirliği sayesinde aplysia (bir yumuşakça ), nörofizyolog Eric Kandel tarafından 2000 yılında kendisine Nobel Ödülü kazandıran hafızanın moleküler temellerinin incelenmesi için bir model olarak seçildi . Bununla birlikte, en çok çalışılan hiponören beyin, Drosophila'nın (bir eklembacaklı ) beyni olarak kalır . Genetik materyallerini incelemek için mevcut geniş teknikler paneli nedeniyle , Drosophila doğal olarak genlerin beyin gelişimindeki rolü üzerine bir çalışma konusu haline geldi . Drosophila nörojenetiğinin birçok yönünün insanlarda da geçerli olduğu gösterilmiştir. Örneğin, biyolojik saate dahil olan ilk genler , 1970'lerde günlük aktivite döngülerinde bozukluklar gösteren mutant meyve sinekleri üzerinde çalışılarak tanımlandı. Kordat genomu üzerine yapılan araştırmalar, farelerde ve muhtemelen insanlarda da vücut saatinde benzer bir rol oynayan bir dizi Drosophila benzeri gen olduğunu göstermiştir .
Diğer bir protostom, nematod solucanı Caenorhabditis elegans, Drosophila gibi derinlemesine genetik çalışmaların konusu olmuştur çünkü organizasyon planı çok basmakalıptır: hermafrodit morfunun sinir sistemi , her zaman aynı yerde tam olarak 302 nörona sahiptir. her solucan için aynı sinaptik bağları kurmak . 1970'lerin başlarında, basitliği ve üreme kolaylığı nedeniyle, Sydney Brenner , 2002'de kendisine Nobel Ödülü kazandıran gelişimin genetik düzenleme sürecindeki çalışması için onu model bir organizma olarak seçti . Brenner ve ekibi, çalışması için solucanları binlerce ultra ince bölüme böldüler ve her bölüme uyan lifleri görselleştirmek ve böylece solucanın vücudundaki her nöronu ve her sinapsı planlamak için her birini bir elektron mikroskobu altında fotoğrafladı . Şu anda, başka hiçbir kuruluş için böyle bir ayrıntı düzeyi mevcut değildir ve toplanan bilgiler çok sayıda çalışmayı mümkün kılmıştır.
Kordalı filum hangi, insanlar aittir sırasında ortaya çıktı Kambriyen patlaması .
Tüm kordalıların beyni temelde aynı yapıya sahiptir. Jelatinimsi bir dokuya sahip yumuşak bir dokudan oluşur . Tipik olarak, canlı beyin dokusunun dışı pembemsi, içi beyazımsıdır. Kordalı beyin içinde sarılmış olan membran sistemi arasında bağ dokusu , meninges ayıran, kafatası beyin. Meninksler dışarıdan içeriye üç zardan oluşur: dura , araknoid ve pia mater . Araknoid ve pia mater birbirine yakından bağlıdır ve bu nedenle tek ve aynı katman olan pia araknoid olarak düşünülebilir. Araknoid ve pia mater arasında oluşan subaraknoid boşluk, hücreler arasındaki dar boşlukta ve ventriküler sistem adı verilen odacıklarda dolaşan beyin omurilik sıvısını içerir . Bu sıvı, özellikle şokları emerek ve tamponlayarak ve hormonları ve besinleri beyin dokusuna taşıyarak beyin için mekanik koruma görevi görür . Kan damarlarının sulamak , merkezi sinir sistemini pia mater üzerinde perivasküler uzayda. Kan damarlarının, hücreler yakından oluşturan birleştirilir kan-beyin bariyerini bir şekilde hareket ederek beyni korur filtre karşı toksinler içinde ihtiva edilebilir kan .
Kordalıların beyinleri, beynin gelişimiyle karakterize edilen aynı temel şekle sahiptir. Nörogelişim sırasında sinir sistemi , embriyonun arkasından geçen ince bir nöral doku şeridinin ortaya çıkmasıyla harekete geçmeye başlar . Bant daha sonra sinir tüpünü oluşturmak için kalınlaşır ve kırışır . Beynin geliştiği yer tüpün ön ucundadır, ilk su akordularında ortaya çıkışı , av arayışındaki keşif yetenekleriyle bağlantılı koku alma duyularının gelişmesiyle ilgilidir . Başlangıçta beyin , gerçekte ön beyin , orta beyin ve arka beyni temsil eden üç şişlik olarak kendini gösterir . Birçok kordat grubunda, bu üç bölge yetişkinlerde aynı büyüklükte kalır, ancak memelilerin ön beyinleri diğer bölgelere göre daha büyük olur ve orta beyin daha küçüktür.
Beyin boyutu ile organizma boyutu veya diğer faktörler arasındaki korelasyon, çok sayıda kordat türünde incelenmiştir. Beynin boyutu organizmanın boyutu ile artar, ancak orantılı olarak değil. Memelilerde ilişki , üssü yaklaşık 0.75 olan bir güç yasasını izler . Bu formül, memelilerin orta beyinleri için geçerlidir, ancak her aile, davranışlarının karmaşıklığını yansıtacak şekilde az ya da çok farklıdır. Dolayısıyla, primatların beyinleri formülün beş ila on katı büyüklüğündedir. Genel olarak, avcıların beyinleri daha büyük olma eğilimindedir. Memeli beyni büyüdüğünde, tüm parçalar aynı oranda artmaz. Bir türün beyni ne kadar büyükse, korteksin kapladığı kısım o kadar büyüktür, primatlarda görsel sinyallere bağlı olarak beyin aktivitesinin% 80'i.
Beynin bölgeleriGelen kordalı nöroanatomiye , beyin genel olarak sinir sisteminin gelişimi temelinde tanımlanan beş ana bölgeden oluştuğu kabul edilir nöral tüp : telencephalon , diensefalon , orta beyin , beyincik ve medula oblongata . Bu bölgelerin her biri karmaşık bir iç yapıya sahiptir. Serebral korteks veya serebellum gibi beynin belirli bölgeleri , kraniyal kutuya uyum sağlarken kortikal veya serebellar yüzeyin artmasına izin veren kıvrımlı kıvrımlar oluşturan katmanlar, serebral kıvrımlar tarafından oluşturulur . Beynin diğer bölgeleri birçok çekirdeğin gruplarını temsil eder . Sinirsel yapı, kimya ve bağlantıdan net ayrımlar çıkarılabilirken, kordalı beyinlerde binlerce farklı bölge tanımlanabilir.
Kordalıların çeşitli dallarında evrim, beynin mimarisinde önemli değişiklikler meydana getirmiştir. Köpekbalıklarının beyin bileşenleri basit ve anlaşılır bir şekilde bir araya getirilmiştir, ancak modern balıkların çoğunluğu olan teleost balıklarda ön beyin bağırsaklara gömülmüştür. Kuşların beyinleri de önemli değişiklikler geçiriyor. Kuşların ön beyinlerinin önemli bir bileşeni olan dorsal ventriküler tepe, uzun zamandır memeli bazal ganglionunun eşdeğeri olarak kabul edildi , ancak şimdi neokorteks ile yakından ilişkili olduğu düşünülüyor .
Beynin birçok bölgesi tüm kordatlarda aynı özellikleri korumuştur. Bu bölgelerin çoğunun rolü hala tartışılmaktadır, ancak beynin ana bölgelerini ve bunlara atanan rolü mevcut bilgilere göre listelemek hala mümkündür:
Serebral korteks , beyin bölgesi olduğu iyi farklılaşacaktır beyin memelilerin diğer mal omurgalıların , bunun primatlardan gelen diğer memelilerin, ve bu insanlar için diğer primatlarınınkinden. Arka beyin ve orta beyin memelilerin diğer omurgalıların buna genellikle benzer, ancak çok önemli farklılıklar görülür ön beyin sadece çok daha büyük değil, aynı zamanda gösterileri değişiklikler yapısında olduğunu. Diğer omurgalılar olarak, yüzey telencephalon tek bir tabaka ile kaplanır, beyin zarı . Memelilerde palyum, neokorteks adı verilen altı katmanlı bir katmana dönüşmüştür . Primatlarda neokorteks, özellikle ön loblar bölgesinde büyük ölçüde genişlemiştir . Memeli denizatı da çok özel bir yapıya sahiptir.
Bu memeli özelliklerinin, özellikle neokorteksin evrimsel tarihinin izini sürmek zordur. Synapsids memelilerin ataları ayrıldı sauropsides ataları sürüngenler akım ve kuşlar , yaklaşık 350 milyon yıl vardır. Sonra, 120 milyon yıl önce, memeliler , günümüzün temsilcileriyle sonuçlanan bir bölünme olan monotremler , keseli hayvanlar ve plasentallere ayrıldılar . Monotremlerin ve keseli hayvanların beyni, farklı seviyelerde plasentallerden (modern memelilerin çoğunluk grubu) farklıdır, ancak beyin korteksinin ve hipokampüsünün yapısı aynıdır. Dolayısıyla bu yapılar muhtemelen -350 ile -120 milyon yıl önce evrimleşmiştir, bu sadece fosillerle çalışılabilen bir dönemdir , ancak bunlar beyin gibi yumuşak dokuları korumaz.
PrimatlarPrimatların beyni, yapı olarak diğer memelilerin beynine benzer, ancak organizmanın boyutuyla orantılı olarak önemli ölçüde daha büyüktür. Bu genişleme , özellikle görme ve öngörü için kullanılan bölgeler düzeyinde korteksin muazzam genişlemesinden kaynaklanıyor . Primatlarda görsel algılama süreci çok karmaşıktır, en az otuz farklı bölgeyi ve geniş bir ara bağlantı ağını içerir ve neokorteksin yarısından fazlasını kaplar . Beynin genişlemesi, aynı zamanda , işlevleri özetlemesi zor olan ancak planlama , çalışma belleği , motivasyon , dikkat ve yürütme işlevleriyle ilgili olan prefrontal korteksin genişlemesinden kaynaklanır .
İnsanlarda, ön lobların genişlemesi daha da aşırıdır ve korteksin diğer kısımları da daha büyük ve daha karmaşık hale gelmiştir.
Kumaş beyin iki tip oluşan hücreleri , nöronlar ve glial hücreler . Glial hücreler veya destek hücreleri, serebral metabolizma dahil olmak üzere çeşitli yardımcı işlevleri yerine getirirken, nöronlar sinir bilgisinin işlenmesinde önemli bir rol oynar . Bu iki hücre türü beyinde aynı olmasına rağmen, serebral kortekste nöronlardan dört kat daha fazla glial hücre vardır .
Glial hücrelerin aksine, nöronlar uzun mesafelerde birbirleriyle iletişim kurabilirler. Bu iletişim , nöronun hücre gövdesinden uzanan protoplazmik bir uzantısı olan akson yoluyla gönderilen sinyallerle gerçekleşir ve bazen yakın bölgelere, bazen beynin veya vücudun daha uzak bölgelerine uzanır ve yansıtır. Aksonun uzantısı bazı nöronlarda önemli olabilir. Akson tarafından iletilen sinyaller , saniyenin binde birinden daha az süren ve saniyede 1 ila 100 metre hızla aksondan geçen, eylem potansiyelleri adı verilen elektrokimyasal impulslar biçimindedir . Bazı nöronlar sürekli olarak saniyede 10'dan 100'e kadar aksiyon potansiyeli yayarken, diğerleri sadece ara sıra aksiyon potansiyelleri yayar.
Bir nöronun aksonu ile başka bir nöron veya nöronal olmayan bir hücre arasındaki bağlantı noktası , sinyalin iletildiği sinapstır . Bir akson birkaç bin sinaptik sona sahip olabilir. Aksiyon potansiyeli, aksondan geçtikten sonra sinapsa ulaştığında, nörotransmiter adı verilen kimyasal bir ajanın salınmasına neden olur . Serbest bırakıldıktan sonra, nörotransmiter , hedef hücredeki membran reseptörlerine bağlanır . Bazı nöronal reseptörler uyarıcıdır, yani hedef hücre içindeki aksiyon potansiyelinin sıklığını arttırırlar; diğer reseptörler inhibe edicidir ve aksiyon potansiyelinin sıklığını azaltır; diğerlerinin karmaşık düzenleyici etkileri vardır.
Aksonlar beyin alanının çoğunu kaplar. Aksonlar, sinir lifi demetleri oluşturmak için genellikle büyük gruplar halinde gruplanır. Pek çok akson , aksiyon potansiyelinin yayılma hızını büyük ölçüde artıran bir madde olan bir miyelin kılıfıyla çevrelenmiştir . Miyelin beyaz renktedir , bu nedenle beynin birincil olarak bu sinir lifleri tarafından işgal edilen alanları beyaz madde olarak görünürken, nöronların hücre gövdelerinin yoğun olarak bulunduğu alanlar gri madde olarak görünür . Toplam uzunluğu yetişkin insan beyninde miyelinli aksonların ortalama 100,000 ile aşan kilometre .
Vikikitaplarla ilgili tam makale: Beyin metabolizması
Nobel Ödülü sahibi Roger Sperry'ye göre , beyin stimülasyonunun ve beslenmenin% 90'ı omurganın hareketiyle üretiliyor.
Beynin gelişimi bir dizi aşamayı takip eder. Birçok nöron, kök hücrelerin bulunduğu belirli alanlarda doğar ve daha sonra nihai hedeflerine ulaşmak için doku boyunca göç eder. Bu nedenle, kortekste , gelişimin ilk aşaması, bir tür glial hücre , korteks boyunca dikey lifler oluşturan radyal hücreler tarafından bir armatürün sokulmasıdır . Korteksin tabanında yeni kortikal nöronlar yaratılır ve ardından işgal etmek istedikleri katmanlara ulaşana kadar radyal lifler boyunca "tırmanırlar".
Akorlarda, gelişimin ilk aşamaları tüm türler için ortaktır. Embriyo yuvarlak bir şekilden solucan benzeri bir yapıya dönüşürken , dar bir ektoderm bandı dorsal orta hattan sıyrılıp sinir sisteminin öncüsü olan sinir plakası haline gelir . Nöral levha, genişler invaginates oluşturacak şekilde nöral oluk , daha sonra sinir kat oluk birleştirme olur oluk kapatmak için sınır nöral tüp . Şişmiş ön kısmına Bu tüp daha sonra alt gruplara ayırdığında, üç bölünür primer sefalik vezikül, veziküller olacak ön beyin , orta beyin ve arka beyin . Ön beyin daha sonra diğer iki veziküle , telensefalon ve diensefalon'a, arka beyin ise metensefalon ve miyelensefalon'a bölünür . Bu veziküllerin her biri, nöronların ve glial hücrelerin oluştuğu proliferatif alanlar içerir . Bu iki hücre türü daha sonra bazen uzun mesafelerde son konumlarına göç ederler.
Yerleştiklerinde, nöronlar etraflarındaki dendritlerini ve aksonlarını genişletmeye başlarlar . Akson genellikle nöronun hücre gövdesinden uzun bir mesafeye uzanmak zorundadır ve çok özel hedeflere bağlanmak zorundadır, bu da onun daha karmaşık bir şekilde büyümesini gerektirir. Gelişen aksonun sonunda, kimyasal reseptörlerle noktalı bir bölge olan büyüme konisi bulunur. Bu reseptörler, çevreleyen ortamda, büyüme konisini çekerek veya iterek aksonun büyümesini yönlendiren ve böylece aksonun belirli bir yönde gerilmesini yönlendiren moleküler sinyalleri ararlar. Böylelikle büyüme konisi, diğer kimyasal sinyallerin sinapsların oluşmasına neden olduğu hedef bölgesine ulaşana kadar beyinde dolaşır . Bu rehberlik sinyallerini oluşturmak için binlerce gen görev alır, ancak ortaya çıkan sinaptik ağ sadece kısmen genler tarafından belirlenir . Beynin pek çok bölgesinde, aksonlar önce proliferatif aşırı büyüme yaşarlar ve bu daha sonra nöronal aktiviteye bağlı mekanizmalar tarafından düzenlenir. Bu karmaşık kademeli seçim ve ayarlama süreci, nihayetinde sinir ağının yetişkin formuyla sonuçlanır.
Memelilerde, nöronlar önce üretilir doğum (özellikle arasında 6 th ve 18 inci gebelik hafta insanlarda). Bu nedenle , yenidoğanın beyni , yetişkininkinden önemli ölçüde daha fazla nöron içerir, çünkü gelişim sırasında ve sonra tekrar yaşlanma sırasında, bu hücrelerin büyük bir kısmı yok edilecektir. Sinir hücrelerinin kaybolması , serebral devrelerin kurulması sırasında sinir ağlarında gerekli bir seçim / stabilizasyon fenomenine karşılık gelir .
Ancak, birkaç alanlar gibi yaşamı boyunca yeni nöronlar, oluşturmaya devam koku ampul veya dişli gyrus'un ait hipokampus . Bu istisnalar dışında, vücuttaki çoğu hücre gibi yaşam boyunca yenilenen glial hücrelerin aksine, doğumda bulunan nöronların sayısı nihaidir. Nöronların sayısı doğumdan hemen sonra değişse de, aksonal bağlantılar uzun süre gelişmeye ve organize olmaya devam ediyor. İnsanlarda bu süreç ergenlik dönemine kadar tamamlanmaz ve yeni öğrenmenin kazanılmasıyla devam eder .
Zihin , zeka ve kişilik hakkında doğuştan gelen ve kazanılmış olan birçok soru cevapsız kalır . Birçok nokta açıklığa kavuşturulmamasına rağmen, sinirbilim iki faktörün gerekli olduğunu göstermiştir. Bir yandan genler, beynin genel şeklini ve beynin deneyime nasıl tepki verdiğini belirler. Öte yandan, sinaptik bağlantıların matrisini iyileştirmek için deneyim gereklidir. Birçok yönden, deneyimlerin niteliği ve niceliği bir rol oynar. Çevresel zenginleştirme gösterileri zengin ve uyarıcı ortamında yerleştirilen bir hayvanın beyin fakir ortamda bir hayvan daha sinapsların fazla sayıda olduğunu.
Beynin temel işlevi, vücudun hareketlerini kendisine ulaşan duyusal bilgilerden kontrol etmektir . Duyusal sinyaller anlık bir tepkiyi uyarabilir, devam eden bir aktivite modelini düzenleyebilir veya gelecekteki bir ihtiyaç için saklanabilir. Böylelikle, dış uyaranları yakalamada oynadığı merkezi rol aracılığıyla beyin, çevreye yanıtlar yaratmada merkezi rolü üstlenir. Beynin de hormonal regülasyonda rolü vardır .
Kordalı beyin, vücudun farklı bölgelerinden gelen afferent sinirlerden sinyaller alır. Beyin bu sinyalleri yorumlar ve alınan elektrik sinyallerinin entegrasyonuna bağlı olarak bir yanıt türetir ve ardından iletir. Bu sinyal alma, bütünleştirme ve yayma oyunu beynin aynı zamanda duyumları , hareketi , hafızayı ve sözde vicdanı açıklayan temel işlevini temsil eder .
Karmaşık görevini yerine getirmek için beyin, işlevsel alt sistemler halinde düzenlenir, yani beynin belirli bölgeleri daha spesifik olarak bilginin belirli yönleriyle ilgilenir. Bu işlevsel bölüm katı değildir ve bu alt sistemler birkaç şekilde kategorize edilebilir: anatomik, kimyasal veya işlevsel olarak. Bu kategorilerden biri, nöronlar tarafından iletişim kurmak için kullanılan kimyasal nörotransmiterlere dayanmaktadır . Bir diğeri, beynin her bölgesinin bilginin işlenmesine katkıda bulunma şekline dayanır: duyusal alanlar beyne bilgi getirir; motor sinyalleri beyinden kaslara ve bezlere bilgi gönderir ; uyarıcı sistemler, günün saatine ve çeşitli faktörlere bağlı olarak beyin aktivitesini düzenler.
Beyin esas olarak glikozu bir enerji substratı olarak kullanır ve eksik olması durumunda bilinç kaybı meydana gelebilir. Beynin enerji tüketimi özellikle değişken değildir, ancak korteksin aktif bölgeleri aktif olmayan bölgelere göre daha fazla enerji tüketir.
Dale Prensibine göre , beyindeki her bir nöron, diğer nöronlarla sahip olduğu tüm sinaptik bağlantılar için sürekli olarak aynı kimyasal nörotransmitteri veya aynı nörotransmiter kombinasyonunu salgılar . Bu nedenle bir nöron, bu ilkenin bazı istisnaları olmasına rağmen, salgıladığı nörotransmitterlere göre karakterize edilebilir. En yaygın iki nörotransmiter, genellikle bir uyarıcı sinyale karşılık gelen glutamat ve genellikle inhibe edici olan γ-aminobütirik asittir (GABA). Bu iki nörotransmiteri kullanan nöronlar, beynin hemen hemen tüm bölgelerinde bulunur ve beyin sinapslarının büyük bir yüzdesini oluşturur.
Serotonin veya norepinefrin gibi diğer nörotransmiterler, beynin belirli bölgelerinde bulunan nöronlardan gelir. Asetilkolin veya dopamin gibi diğer nörotransmiterler, beyindeki birçok yerden kaynaklanır, ancak glutamat ve GABA kadar her yerde dağıtılmaz. Uyuşturucu psikotropik ilaçların büyük çoğunluğu , glutamaterjik veya GABAerjik iletimde doğrudan yer almayan nörotransmiter sistemlerini değiştirerek etki eder.
Beynin önemli bir işlevi, duyu reseptörleri tarafından alınan bilgileri işlemektir . Popüler inanışın aksine , beynin algılayabileceği duyular beş ile sınırlı değildir. Ek olarak görme , işitme , dokunma , koku , ve tat , beyin gibi diğer duyusal bilgi alabilir sıcaklığında , denge , bacak konumu veya kimyasal bileşimi ve kan . Tüm bu değişkenler, beyne sinyaller ileten özel reseptörler tarafından tespit edilir. Bazı türler , yılanların kızılötesi görüşü gibi ek duyuları algılayabilir veya yarasaların işitsel sisteminin ekolokasyonu gibi alışılmadık yollarla "standart" duyuları kullanabilir .
Her duyu sisteminin kendi duyu reseptör hücreleri vardır. Bu hücreler nöronlardır, ancak çoğu nöronun aksine, diğer nöronlardan gelen sinaptik sinyallerle kontrol edilmezler. Bunun yerine, bu duyu hücrelerinde ışık , sıcaklık veya basınç gibi belirli bir fiziksel faktör tarafından uyarılan zar reseptörleri bulunur . Bu duyusal reseptör hücrelerinden gelen sinyaller, afferent sinirler yoluyla omuriliğe veya beyne gider .
Çoğu duyu için, beyin sapında bir ana duyu çekirdeği veya duyusal reseptör hücrelerinden gelen sinyalleri alan ve bir araya getiren bir çekirdek topluluğu vardır. Çoğu durumda, ikincil korteks altı alanlar, bilgilerin çıkarılması ve sınıflandırılmasından sorumludur. Her bir duyu sistemi , kortekse bilgi aktaran talamusun kendisine ayrılmış bir bölgesine de sahiptir .
Her bir duyu sistemi için, bir birincil kortikal bölge, sinyalleri doğrudan talamik röleden alır. Genellikle, belirli bir üst kortikal bölge grubu da duyusal sinyali analiz eder. Son olarak, korteksin çok modlu alanları, farklı duyu sistemlerinden gelen sinyalleri birleştirir. Bu seviyede, beynin bu bölgelerine ulaşan sinyaller, kesinlikle duyusal sinyaller yerine entegre sinyaller olarak kabul edilir.
Tüm bu adımların istisnaları vardır. Böylece, dokunma için, duyusal sinyaller esas olarak omurilik seviyesinde, daha sonra bilgiyi beyin sapına yansıtan nöronlar seviyesinde alınır. Koku duyusu için talamusta hiçbir röle yoktur, sinyal doğrudan birincil bölgeden, koku ampulünden kortekse iletilir .
Motor sistemler, beynin kaslara etki ederek vücut hareketlerinden doğrudan veya dolaylı olarak sorumlu olan bölgeleridir . Kontrol eden kaslar dışında gözleri , bütün vücudun içinde iskelet kasları doğrudan innerve motor nöronların içinde omurilik . Bu nedenle , psikomotor sistem zincirinin son halkasıdırlar . Spinal motor nöronlar hem omuriliğe özgü nöral devreler hem de beyinden gelen geçici uyarılarla kontrol edilir. İçsel omurga devreleri , birkaç refleks reaksiyonunun yanı sıra yürüme veya yüzme gibi ritmik hareketler gibi belirli hareket modellerine ev sahipliği yapar . Beynin geçici bağlantıları daha karmaşık kontrollere izin verir.
Beynin bir dizi bölgesi doğrudan omuriliğe bağlıdır. En alt seviyede medulla oblongata ve köprüde bulunan motor bölgeler bulunur . Yukarıda, hareketleri koordine etmekten sorumlu olan kırmızı çekirdek gibi orta beyin alanları var . Daha yüksek bir seviyede, frontal lobun arka kenarında bulunan bir beyin dokusu bandı olan birincil motor korteks vardır . Birincil motor korteks, motor komutlarını subkortikal motor bölgelerine ve aynı zamanda piramit demeti yoluyla doğrudan omuriliğe iletir . Bu kortiko-omurilik demetinin sinir uyarıları, ince istemli hareketler iletir. Beynin diğer motor alanları doğrudan omuriliğe bağlı değildir, ancak birincil kortikal veya subkortikal motor alanlarına etki eder. Bu daha önemli ikincil alanlardan bazıları, vücudun farklı bölümlerinin hareketlerinin koordinasyonunda yer alan premotor korteks , ana işlevi eylem seçimi gibi görünen bazal ganglionlar ve bilgiyi modüle eden ve optimize eden beyinciktir . hareketleri daha hassas hale getirin.
Beyin ve omurilik ayrıca , sinir sisteminin otomatik işlevlerden sorumlu kısmı olan otonom sinir sistemini kontrol eden bir sinir ağı içerir . Gönüllü kontrole tabi olmayan otonom sinir sistemi, özellikle hormonal regülasyonu ve düz kasların ve kalp kasının aktivitesini kontrol eder . Otonom sinir sistemi, kalp atış hızı , sindirim , solunum , tükürük , idrara çıkma , ter veya cinsel uyarılma gibi farklı düzeylerde hareket eder .
Hayvan davranışının en görünür yönlerinden biri, günlük uyanma-uyku-rüya döngüsüdür. Uyanma ve dikkat, ayrıca bir beyin alanları ağı tarafından daha ince bir zaman ölçeğinde modüle edilir.
Uyarılma sisteminin önemli bir bileşeni , optik sinirlerin kesişme noktasının hemen üzerinde bulunan hipotalamusun küçük bir bölgesi olan üst kiyazmatik çekirdektir . Üst kiyazmatik çekirdek , vücudun merkezi biyolojik saatini içerir . Bu çekirdekteki nöronlar, yaklaşık 24 saatlik bir süre içinde artan veya azalan bir aktivite seviyesi, yani sirkadiyen ritim gösterir : bu dalgalı aktivite, bir grup saat geni tarafından ifade edilen ritmik değişiklikler tarafından yönlendirilir. Üst kiyazmatik çekirdek genellikle, biyolojik saatin gündüz-gece döngülerinden kalibre edilmesine izin veren optik sinirlerden sinyaller alır.
Üst kiyazmatik çekirdek , gündüz-gece döngülerinin uygulanmasında yer alan bir dizi beyin alanına ( hipotalamusta ve beyin sapında bulunan) projeksiyon yapar . Sistemin önemli bir bileşeni , beyin sapına doğru uzanan bir grup nöron kümesi olan retikülat oluşumudur . Çapraz bağlı nöronlar , korteksin aktivite seviyesini düzenleyen farklı bölgelerine sinyaller göndererek yanıt veren talamusa sinyaller gönderir .
Uyku beyin aktivitesinde derin değişiklikleri içerir. Beyin uyku sırasında kapanmaz, beyin aktivitesi devam eder ancak değişir. Aslında iki tür uyku vardır: REM uykusu ( rüyalarla ) ve REM olmayan uyku (genellikle rüya görmez). Bu iki uyku, her uykuda biraz farklı bir düzende tekrarlanır. Üç ana beyin aktivitesi modeli ayırt edilebilir: REM uykusu, hafif uyku ve derin uyku. Derin uyku sırasında, korteksin aktivitesi büyük, senkronize dalgalar şeklini alırken, bu dalgalar rüya durumunda senkronize olmuyor. Norepinefrin ve serotonin seviyeleri derin uyku sırasında düşer ve REM uykusu sırasında sıfır seviyesine yaklaşırken, asetilkolin seviyeleri ters bir modele sahiptir.
Uyku döngüsü 5 aşamaya ayrılmıştır. Evre 1'de yatarak ve gözlerinizi kapattığınızda yavaş uyku oluşur, 3 ila 12 dakika süren bu aşamada bazen kısa rüyalar veya düşünceler rapor edilir. Yavaş uykunun ikinci aşaması hafif uykudur, gece uyku süresinin yaklaşık% 50'sini kaplayan en uzun aşamadır. Aşama 3, orta derecede derin uykudan derin uykuya geçiştir, kasların hala tonusu vardır, ancak dış uyaranlara çok duyarlı değiliz. 4. seviyede uykumuzun derinliklerindeyiz, sinirsel aktivite en düşük seviyede, beyin sıcaklığı da düşük, nefes alma, kalp atış hızı ve kan basıncı yavaşlıyor. Aşama 5 son aşamadır, uyku REM'dir, beynin elektriksel aktivitesi çok yüksektir, vücudun geri kalanı kaslı atoni durumunda olmasına rağmen gözler hızlı hareket eder. Bir uyku döngüsü 70 ila 90 dakika sürer ve bir gecede 4 ila 6 kez tekrar eder.
Jean-Didier Vincent bir hikaye hazırlar ve bunu araştırma çalışmasının sonuçlarıyla ilişkilendirir.
Beyin ve zihin arasındaki ilişkiyi anlamak hem bilimsel hem de felsefi bir sorundur . Fiziksel beyin maddesi ile zihin arasındaki güçlü ilişki, kafa travması veya psikotrop ilaç kullanımı gibi fiziksel beyin değişikliklerinin zihin üzerindeki etkisiyle kolayca kanıtlanabilir .
Sonuna kadar XX inci yüzyılın, zihin-beden problemi de başlıca tartışma konularından biri oldu felsefe tarihinde ve beyin ve zihin bağlanabilir nasıl dikkate almak oldu.
Bu soru üzerinde üç büyük düşünce okulu vardı: düalizm , materyalizm ve idealizm :
Bu felsefi sorulara ek olarak, zihin ve beyin arasındaki ilişkinin bu hipotezi, zihinsel aktivite ile beyin aktivitesi arasındaki ilişki, ilaçların biliş üzerindeki etki mekanizması veya yine korelasyon gibi çok sayıda bilimsel soruyu gündeme getirdi. nöronlar ve bilinç arasında .
Tarihsel olarak, birçok filozof, bilişin beyin dokusu gibi fiziksel bir madde tarafından meydana getirilebileceğini düşünülemez olarak değerlendirdi. Patricia Churchland gibi filozoflar , uyuşturucularla zihin arasındaki etkileşimin beyin ve zihin arasındaki yakın ilişkinin bir göstergesi olduğunu, ancak iki varlığın farklı olduğunu varsaydılar.
Sinirbilimin ortaya çıkışından ve çok sayıda uluslararası araştırma ekibinin çalışmasından bu yana, bu soru artık bilimle alakalı değil. Antonio Damasio , L'Erreur de Descartes adlı kitabında , bedenin ve zihnin ayrılmaz bir şekilde çalıştığını göstermektedir. Ayrıca, süreçlere duyguları entegre etmeden akıl yürütme, ezberleme ve yeni öğrenmenin kazanılmasının yapılamayacağını açıklıyor.
Sinirbilim alanı , beynin ve sinir sisteminin geri kalanının işleyişini anlamaya çalışan tüm yaklaşımları kapsar . Psikoloji, zihni ve davranışı anlamaya çalışır . Nöroloji olan tıbbi disiplin tanı ve tedavi eder o hastalıklar sinir sistemi ile ilgili. Beyin aynı zamanda ruhsal bozuklukları inceleyen ve tedavi eden bir tıp dalı olan psikiyatride en çok çalışılan organdır . Bilişsel bilimler gibi diğer alanları ile bağlantı nörobilim ve psikoloji girişiminde bilgisayar bilimi ve felsefesi .
Beyni incelemenin en eski yöntemi anatomidir . Ortalarında XX inci yüzyılda , nörobilim gelişmeler tekniklerinin gelişmesi gelmektedir mikroskop ve boyama . Nöroanatomistler beynin yapısını hem büyük ölçekte hem de mikroskobik ölçekte inceler. Diğer araçların yanı sıra, sinir yapısını, kimyasal reaksiyonları ve bağlantıyı ortaya çıkarmaya yardımcı olan çok çeşitli boyalar kullanırlar. İmmün boyama tekniklerinin daha yeni gelişmesi, bir grup geni spesifik olarak ifade eden nöronların boyanmasını mümkün kılmıştır . Ayrıca, fonksiyonel nöroanatomi, beyin yapısındaki varyasyonları biliş veya davranıştaki değişikliklerle ilişkilendirmek için tıbbi görüntüleme tekniklerini kullanır .
Nörofizyologlar beynin kimyasal, farmakolojik ve elektriksel özelliklerini inceler. Ana araçları ilaçlar ve kayıt cihazlarıdır. Deneysel olarak geliştirilmiş binlerce ilaç sinir sistemini etkiler, birçoğu bunu çok özel şekillerde yapar. Beyin aktivitesinin kaydı, elektroensefalografide olduğu gibi kafatasına yapıştırılan veya hücre dışı kayıtlar için beynin içine implante edilen elektrotlar kullanılarak yapılabilir , bu da bireysel nöronlar tarafından üretilen aksiyon potansiyellerini tespit edebilir . Beyin nosiseptör içermediğinden , bu teknikleri ağrıya neden olmadan uyanık bir hayvanda kullanmak mümkündür . MRI gibi fonksiyonel görüntüleme tekniklerini kullanarak non-invaziv bir inceleme ile beyin aktivitesini incelemek de mümkündür . Böylece, pozitron emisyon tomografisi, herhangi bir dikkat odağının yokluğunda, beynin aktivitesinin ( kozmosun karanlık enerjisine benzetilerek "beynin karanlık enerjisi" olarak adlandırılan varsayılan mod ağının içsel aktivitesi) olduğunu gösterir. yavaş elektrik dalgalarından oluşan), beyin tarafından tüketilen tüm enerjinin% 60 ila 80'ini, yani beynin bilinçli tepki verdiğinde tükettiğinden 20 kat daha fazla bir enerji harcamasına karşılık gelir. belirli bir görevin başarılması (bilinçsiz faaliyetten daha az sıklıkta bilinçli faaliyet), temel faaliyet tarafından tüketilen enerjinin% 5'ini aşmayan bir enerji gerektirir.
Başka bir yaklaşım, beynin belirli bölgelerine zarar vermenin sonuçlarına bakmaktır. Kafatası ve meninksler tarafından korunmasına ve kan-beyin bariyeri tarafından kan dolaşımından izole edilmesine rağmen, beyin hala birçok hastalığa ve farklı hasar türlerine karşı savunmasızdır. İnsanlarda beyin hasarının etkileri, beyin işlevi hakkında önemli bir bilgi kaynağıdır. Bu hasarın doğasını deneysel olarak kontrol etme yeteneği olmadığından, yine de bu bilgiyi yorumlamak genellikle zordur. Hayvanlarda, en sık araştırma konuları olan sıçanlar , belirli hasar türleri üretmek için elektrotlar kullanmak veya kimyasalları yerel olarak enjekte etmek ve ardından bunların davranış üzerindeki sonuçlarını gözlemlemek mümkündür.
Hesaplamalı nörobilim iki yaklaşımı birleştirir: Bilgisayar kullanımı beyni anlamak ve nasıl beyin gerçekleştirdiği okuyan hesaplama . Bir yandan, elektrokimyasal aktiviteyi tanımlayan denklem sistemlerini kullanarak bir grup nöronun işleyişini simüle etmeyi mümkün kılmak için bir bilgisayar programını kodlamak mümkündür ; bu simülasyonlara "biyolojik olarak gerçekçi sinir ağları" denir. Öte yandan, nöronların birçok özelliğine sahip olan ancak biyolojik karmaşıklıklarının çoğunu göz ardı ederek basitleştirilmiş "birimlerin" simülasyonu veya matematiksel analizi ile sinir hesaplama algoritmalarını incelemek mümkündür . Beynin hesaplama işlevleri hem sinirbilimciler hem de bilgisayar bilimcileri tarafından incelenir.
Son birkaç yıl, genetik mühendisliği tekniklerinin beyin araştırmalarına ilk uygulamalarını gördü. En sık çalışma konuları farelerdir, çünkü mevcut teknik araçlar en çok bu tür üzerindedir. Artık çok çeşitli genleri etkisiz hale getirmek veya mutasyona uğratmak ve ardından beyin işlevi üzerindeki etkilerini incelemek mümkün. Beynin belirli bölgelerindeki genlerin belirli zamanlarda açılıp kapanmasını sağlayan Cre-Lox rekombinasyonu gibi daha karmaşık yaklaşımlar da kullanılmaktadır .
28 milyon Euro'luk federal fondan yararlanan Amerikan ekipleri, bir “konektom” bankası oluşturmak için son teknoloji tarayıcılar kullanıyor. Bu beyin devre kartları, organların yaşlanmaya, öğrenmeye ve diğer olaylara nasıl tepki verdiğini ortaya çıkarmayı vaat ediyor. İnsan Connectome Projesi'nden elde edilen veriler, otizm ve şizofreni tedavilerinde ilerlemeler olduğunu gösteriyor .
“ İnsan olmayan primatlarda neokorteksin yarısından fazlası görsel alanlarla doludur. Birincil görsel korteksin (V1) ötesinde en az 25 görsel alan, mikroelektrot haritalama, izleyici enjeksiyonlar, histolojik lekeler ve fonksiyonel çalışmaların bir kombinasyonu ile tanımlanmıştır »