Omurgalıların retina gibi duyu organlarından gelen bilgi, beyine ulaşmadan önce, çoğunlukla bazı işlemlerden geçer. Beyine geldiğinde, bilgi bir takım işlemlerden daha geçerek, orijinal duyu girdisinin gittikçe artan soyut bir türevi şekline dönüşür. Aynı zamanda beyin, kendisine ulaşan bilgileri sürekli olarak işleyen ve organların koordinasyonu ve kontrolünü de yapan bir organdır. Bu muhteşem nöral kompütür, nasıl organize olmuştur ve nasıl gelişmiştir? İlkel balıklardan insana kadar omurgalı embriyolarının kısmen gelişmiş beyinlerinin karşılaştırılması, omurgalı beyinleri arasındaki yapısal benzerlikleri ortaya koyar. Bu beyinlerin hepsinde, uzunlamasına sinir şeritinin ön ucunda üç tane düzensiz şişkinlik vardır. Daha ileri omurgalılarda bu üç bölge, gelişim döneminde çok fazla değişiklik geçirir. Duvarlarında ayrıca kalınlaşmış alanlar ve diğer kısımlarında dışa doğru gelişen belirgin çıkıntılar görülür. Bu değişikliklere karşın beynin başlangıçtaki üç bölümü, insanı da içine alan en ileri omurgalılarda bile halen tanınabilir. Bu üç bölüm ön beyin, orta beyin ve arka beyindir.
Omurgalıların beyni, omuriliğin merkezi kanalıyla bağlantılı olan ve karıncık olarak bilinen bir seri odacık içerir. Bu kanal ve karıncıklar, karıncıkların iç yüzünü astarlayan epitel hücreleri üzerindeki miller sayesinde dolaşımı sağlanan beyin-omurilik sıvısı (serab rospinal sıvı ) içerirler. Hem beyin hem de omurilik meninges adı verilen üç tane koruyucu zarla sarılmıştır. Bunlardan pia en içte yer beyincik alan zar olup beyin ve omuriliğin yüzeyini sarar; çok ince olan arachnoid pianın hemen üzerinde yer alır; dura ise diğer iki zarı kafatasının iç yüzeyinden ve omurgadan ayırır. Bu üç zar arasındaki alan, sinir dokunun zedelenmemesi için bir yastık görevi yapan beyin omurilik sıvısı ile doldurulmuştur. Beyin evriminin çok erken evrelerin de optik lob daha sonraki evrimsel eğilimler için basamak teşkil eden değişiklikler geçirmiştir: Arka beynin ventral kısmı olan omurilik soğanı, nefes alıp verme ve kalp atışı gibi, bazı iç işlevlerle ilgili otonom ve somatik hipofiz yollar için kontrol merkezi olarak özelleşmiştir. Aynı zamanda optik lob omurilik ve beynin daha önde yer alan kısımları arasında bağlayıcı alan olarak hizmet görür. Buna ek olarak, arka beynin ön dorsal kısmı genişleyerek cerebellumu( beyincik) meydana getirmiştir. Beyincik, denge ve kas koordinasyonu ile ilgili bir omurilik yapıdır. Orta beynin sırt kısmı optik loblar olarak özelleşmiştir ve görme merkezi optik sinirlerle yakın ilişki kurmuştur. Ön beyin, cerebrum (büyük beyin) ve onun çok belirgin koklama ampüllerinin yer aldığı bir ön bölge ile talamus ve hipotalamusun oluşturduğu bir arka bölgeye bölünmüştür. Beyincik, birçok hayvanda ve özellikle daha ayrıntılı kas kontrolü gerektiren iri vücutlu hayvanlarda daha iri ve daha karmaşık hale gelmiş ise de, evrimsel süreçte arka beyinde çok az değişiklik ortaya çıkmıştır. En belirgin evrimsel değişme orta beynin öneminde ve oransal büyüklüğündeki küçülmeye paralel olarak, serebrumun öneminde ve büyüklüğündeki sürekli artış olmuştur.
Çeşitli türlerin beyinlerinin karşılaştırılması yapılmak suretiyle omurgalı beyninin evrimsel gelişimi yeniden canlandırılabilir. Büyük bir olasılıkla paylaşılan yapılar, ortak evrimsel mirası gösterecektir. Balık, amfibi, sürüngen ve memelileri karşılaştırdığımız zaman, oldukça uygun bir tablo ortaya çıkar. İlk olarak, atasal serebrum (büyük beyin), temel olarak koku alımı ile ilgili küçük ve pürüzsüz yalnız bir çift şişkinlik halindeydi.
Omurilikte olduğu gibi, gri madde (hücre gövdeleri ve sinaps bölgeleri) çoğunlukla içte yer almaktaydı. Sinapslar daha çok, beynin daha gerideki kısmı ile koklama ampülleri arasında bilgi aktarımı yapmak üzere işlev görüyordu. Beyinde, alınan bilgilerin işlenmesi ya çok az ya da hiç olmuyordu. Sinapslar, büyük ölçüde, koku ampülleri ile beynin daha geride yer alan kısımları arası nda nakledicilik görevi görmekteydi, serebrumda duyu ile ilgili bilgilerin işlenmesi ya hiç olmuyordu ya da çok azdı. Gri madde daha yoğun olmasına karşın günümüzde yaşayan birçok balığın serebrumu, bu nakledici istasyonluk özelliğinden çok az ileri gitmiştir. Atasal balıklardan evrimleşerek ortaya çıkan amfibilerde, gri madde kısmında genişleme ve nöronlar arasındaki sinaps sayılarında da çoğalma vardır. Artık serebrum sadece bir nakledici istasyon olarak görev görmemekteydi; beynin çeşitli duyusal alanlarında kendisine gelen impulsları değerlendirme (işleyerek yorumlama) merkezi olarak işlev görmekteydi. Gri maddenin büyük bir kısmı, başlangıçta içeride yer aldığı konumundan çıkarak, yavaş yavaş dışarıya doğru hareket edip serebrumun yüzeyine kadar gelmiştir. Bu yüzey tabakası, cerebral cortex olarak bilinir. Bazı daha ileri sürüngenlerde neocortex (neopallium) adı verilen korteksin yeni bir bileşeni, serebrumun ön yüzeyinde bir noktada belirmiştir. Bu tip sürüngenlerden köken alarak ortaya çıkan memeliler, en fazla gelişmiş neokortekse sahiptirler. Hatta ilkel memelilerde bile neokorteks, ön beynin büyük bir kısmını örten bir yüzey tabakası oluşturmak üzere genişlemiştir. Bu demek değil ki, atasal beynin eski korteks kısmı indirgenmiştir. Eski korteks, oransal büyüklüğünde aşırı derecede artış gösteren neokorteksin içine doğru basitçe itilerek içeri konumda kalmıştır.
Vücudun tüm kisımlarını ve tüm duyularını kapsayan motorik ve duyusal işlevler için ana koordinasyon merkezi olan neokorteks hem kendi büyüklüğündeki oransal artışlar ve hem de katlanmak suretiyle kendi yüzey alının artırmıştır. Böylece beynin diğer kısımları üzerinde, gittikçe daha baskın olmaya başlamıştır. Orta beyin, ilkin omurgalılarda ana kontrol merkezi olmuştur. On beynin talamus kısmı ana koordinasyon merkezi olduktan sonra, önce bu işlevi orta beyin ile paylaşmış, daha sonra baskın duruma geçmiştir. Nihayet, neokorteksin ortaya çıkması ve birçok kontrol işlevini hem orta beyinden hem de talamustan daha önce elde etmesiyle orta beyin, arka beyin ile ön beyin arasındaki küçük bir bağlantı hattı olarak kalmıştır. Orta beyin, bir çok bilinçaltı mekanizmalar ve bazı basit görme işlevleri için kontrol merkezi olarak kalmıştır. Aynı zamanda heyecan kontrolünde temel rol oynama görevini de sürdürmektedir.
En basit beyin ve en küçük serebruma sahip omurgalı hayvan olan balıklardan başlayarak amfibi, sürüngen ve memelilere uzanan hatta beyin büyüklüğünde ve karmaşıklığında artış olmasına karşın omurgalı beyninin geçirmiş olduğu evrimsel süreçte her bir organizma grubunun beyninin günümüzdeki mevcut durumları ile aynı yapıya sahip olduğuna işaret etmez. Aksine, balık beyni amfibilerin ortaya çıkmasına kadar evrimsel gelişimine devam etmiş ve keza aynı şekilde amfibilerin merkezi sinir sistemi, sürüngenlerin uyumsal dallanma geçirerek kendi evrimsel hatlarına yerleşmelerine kadar evrimsel gelişimine devam etmiştir. En ilkel omurgalı hayvan beyni genellikle balıklarda bulunmasına karşın, özellikle zayıf elektrikli balıklar gibi bazı günümüz balıklarının beyni nispeten büyük ve karmaşıktır.
Günümüzde yaşayan omurgalı hayvan türlerinin beyinlerinin büyüklüğü ve karmaşıklığı, onların filogenetik statülerinden daha çok her bir türün yaşam tarzının karmaşıklığı ile belirlenmiştir. Daha karmaşık davranış şekillerine karşı, omurgalı hayvanların beyni evrimsel süreçte, birkaç form kazanarak yanıt vermiştir. En belirgin değişiklikler, el kullanmayı gerektiren özelleşmiş davranışlar için beyinde yer alan alanlarda olmuştur. Örneğin, zayıf elektrik çıkaran balıklarda hayvanın kendisini çevreleyen elektriksel alandan, yani, kendi türünden bireylerin ve avların yerlerini saptama ve belirlemede kullandığı alan ve gelen bilgilerin analizinden sorumlu alan, büyük ölçüde genişlemiş ve daha belirgin olarak bölümlere ayrılmıştır. Buna zıt olarak, zayıf elektrikli balıkların beyinlerindeki görme alanı büyük değildir.
Omurgalı hayvanların beyinlerindeki özgül alanların hacmi arttıkça onların içerideki organizasyonları daha karmaşık hale gelmektedir.
Beyin alanlarıyla ilgili bu evrimsel ilerlemenin başlaması, yapısal değildir: bu değişikliğe uğramamış alanlardaki nöronlar, tüm alan içerisine yayılmıştır. Orta derecede özelleşme gösteren beyin alanlarında ise nöronlar çekirdekler (nuclei) şeklinde gruplandırılmıştır, bu çekirdeklerde hücre gövdeleri ve dendritler merkezde, aksonlar çevrede yer alırlar. İçeriye bilgi getiren ve dışarıya bilgi taşıyan bu aksonlar, bir çekirdekten sinir yolundaki bir diğer çekirdeğe sevk edilmişlerdir. Çok daha iyi gelişmiş alanlardaki bu çekirdekler, daha alt bölümlere bölünmüş ve hemen hemen bir bölge halini alan laminationları (levhalar) meydana getirmiştir. Bu levhalar içerisinde, akson ve hücre gövdelerinin artarda geldiği gevşek tabakalar yer alır.
En iyi özelleşme gösteren beyin çekirdekleri, oldukça sıkı bir şekilde tabakalanmış yapıya sahip olup, hem tabakaların içerisinde ve hem de tabakaların arasında çok düzenli bir şekilde bağlanma tarzı vardır. Memelilerin oldukça fazla tabakalanmış görme ile ilgili korteks kısmını incelediğimizde göreceğimiz gibi, bu yapısal strateji, kompleks sinaptik organizasyonu ve bilgi işlenmesini olası kılar.
Memelilerde kortikal alanlardaki artış, kortekste tam anlamıyla duyusal ve motorik işlevlere ayrılmış bölümün nispi büyüklüğünde bir indirgenmeyle sonuçlanmıştır. Önem, arkadaş alanlar ilave etmek yerine, farklı duyu sistemlerinden gelen bilgileri birleştiren hafıza oluşturan ve depolama işlevi gören alanlar üzerine kaydırılmıştır. Bunlar, daha esnek ve daha karmaşık davranışları yapabilmeyi olası kılar. İnsan beyni, bu gidişin en aşırı uçtaki örneğini sunmaktadır.
Kaynakça:
https://www.sciencedirect.com
Yazar: Taner Tunç