Bilişsel Nörobilimler
(Cognitive Neurosciences)
Nörobilim (Neuroscience): Sinir sistemini (SS) inceleyen
bilim dalına verilen isimdir.
Çok önceleri Biyolojinin bir alt dalıyken şimdi disiplinler
arası bir bilimdir.
Interdisipliner bir alan: Biyoloji, Kimya, Fizyoloji, Anatomi,
Fizik, Bilgisayar Bilimleri, Matematik, Mühendislik, Dil
Bilim, Tıp, Felsefe ve Psikoloji.
Nörobiyoloji (SS biyolojisi) ve Nörobilim (+ Davranış ve
öğrenme) Farklı
Sinir sisteminin moleküler, hücresel, gelişimsel, yapısal,
işlevsel, evrimsel, işlemsel (computational) ve tıbbi
özelliklerini ele alır.
Bilişsel Nörobilim (Cognitive Neuroscience)
Biliş: Duyusal girdinin dönüştürülmesinden,
indirgenmesinden, değerlendirilmesinden,
depolanmasından, geri getirilmesine ve kullanılmasına
değin tüm süreçlere ilişkin bir terim.
Bilişsel Psikoloji: Dikkat, dil kullanımı, bellek, algılama,
problem çözme, yaratıcılık ve düşünme gibi “zihinsel
süreçleri” inceleyen psikoloji alanı. Bilişsel Psikolog
“Davranışı etkileyen zihinsel süreçleri” inceler.
Bu süreçlerin birçoğu dışasal bir uyaran olmadığında da
yürütülür. Bilgi İşleme Yaklaşımı: İnsan bilişini (düşünsel
süreçlerini) anlamada “bilgisayar metaforunu” kullanır.
Bilişsel Bilim: Zihnin ve zihinsel süreçleri ne, nasıl
olduğunu inceleyen alan (bilginin temsili,
hesaplamalar/işlenmler)
Bilişsel Nörobilim (Cognitive Neuroscience)
Beyindeki nöral ağlar ve devreler tarafından psikolojik
işlevlerin nasıl oluşturulduğu/ortaya konduğunu araştırır
(fizyolojik psikoloji, bilişsel psikoloji, nöropsikoloji ve
nörobilim)
Nöral yapıların bilişi ve duyguları nasıl ortaya çıkardığını
inceleyen bilim alanı
Belirli nöral hasarlar sözkonusu olduğunda zihinsel
süreçlerde nasıl değişikliklerin meydana geldiğiyle de
ilgilenir.
Nörogörüntüleme (Neuroimaging) yöntemlerini etkin bir
şekilde kullanır. (fMRI, PET, EEG-ERP)
Tarihçe
 SS incelenmesi Eski Mısır’a (İ.Ö. 1700) kadar uzanır.
 Baş ağrısı ya da akıl hastalıklarının tedavisi için kafatası
kemiklerinin açılması (trepanation)
 Kalp bilincin/aklın bulunduğu yer.
 Hipokrat (İÖ 460-370): Beyin sadece duyumla ilgili
merkezleri bulundurmaz aynı zamanda aklın ve bilişin
bulunduğu yerdir (en uzmanlaşmış organlar nerede?)
 Plato (İÖ 427-347): Beyin ruhun akılcı (rasyonel) kısmının
bulunduğu yerdir.
 Aristo (İÖ 384-322): Kalp Hipotezi
(Beyin soğutma amaçlı)
 Galen (İS 129 -216): Beyin Hipotezi
(Gladyatörler)
René Descartes (1596–1650): Dualizm (Kopernik, Bruno,
Galileo)
Mikroskop ve boyama tekniklerinin gelişmesiyle birlikte
hücre ve beyin hakkındaki bilgilerimiz daha da arttı (
1890’lı yıllar)
Galvani: Kasların ve nöronların elektrikle ile
uyarılabilmeleri (Bioelektrisite, elektrofizyolji ve
Balloonist teorinin (Galen-Descartes) çöküşü)
M. Schleiden ve T. Schwann (Hücre teorisi-1839)
-tüm canlılar hücrelerden oluşur
-Yaşamın en küçük temel yapı birimleri
-Biogenesis (Louis Pasteur)
Golgi: Gümüş Nitrat Boyama tekniği-Retikülar teori
(Gerlach).
Santiago Ramón y Cajal???: Nöron Doktrini (beynin
işlevsel birimi nörondur) (H. Waldeyer-Hartz: neuron)
Nöron Doktrininin Bileşenleri
 Nöral Birimler: Beyin nöron olarak adlandırılan dendrit,
hücre gövdesi ve akson gibi özelleşmiş parçaları bulunan
nöronlardan meydana gelmiştir.
 Nöronlar hücredir: Tıpkı diğer dokuları oluşturan hücreler
gibi nöronlar da hücredir.
 Özelleşme: Nöral birimler beyindeki yerlerine ve işlevlerine
göre büyüklük, şekilsel ve yapısal olarak farklılaşabilir.
 Çekirdek hücrenin yönetim merkezidir.
 Sinir Lifleri sinir hücrelerinin dışa doğru büyümesiyle
oluşmuştur.
 Sinir hücreleri bölünerek çoğalırlar.
Nöron Doktrininin Bileşenleri
 Bağlantı: Sinir hücreleri diğer sinir hücrelerine bağlantı
noktaları üzerinden temas eder. İki hücre arasında
sitoplazmik bağlantı yoktur.
 Dinamik Polarizasyon Kanunu: Akson her iki yönde de
sinyal iletebilmesine ragmen belirli bir sinir hattı üzerinde
sade tekbir yönde sinyal iletir
 Sinaps: İki nöron arasındaki bağlantı sinaps yoluyla olur.
 İletim birliği: iki nöron arasındaki bağ ya ketleyici ya da
hızlandırıcır.
 Dale’in Yasası: her bir sinir terminali sadece tek çeşit
nöroiletken salgılar.
-Elektiriksel sinapslar (gap junctions)
-Birlikte taşınma (Cotransmission) GABA–glycine ; D - glutamate;
AcH -glutamate gibi…
Müller (özel/özgül sinir enerjileri doktrini) ve
Helmholtz (Sinir iletim hızı)
Broca: Bazı belirli beyin bölgeleri belirli zihinsel işlevleri
yerine getirmektedir.
Gall ve Spurzheim: Phrenology
Wernicke: dili anlama ve üretme için farklı beyin
bölgeleri korteks (cortex) üzerinde uzmanlaşmıştır.
Brodmann: Beyin kabuğunun sitoarketektonik
haritasını (Brodmann alanları) oluşturmuştur.
Bilişsel devrim (1950’ler-1960)
G. Miller ve M. Gazzaniga : Bilişsel Nörobilimler
(1970’lerin sonlarına doğru)
BAĞLANTICILIK ve BİRİMSELLİK
(CONNECTIONISM ve MODULARITY 1950-60’lar)
 Bir takım rahatsızlıkları açıklayan Bağlantıcı Modellerin
oluşturulması (Rummelhart ve McClelland)
 Farklı nöral devreler farklı
İşlevleri yerine getirmek için
uzmanlaşmış olabilir.
İşlevsel bozukluk
1) Bu alanlara
2) Alanlar arasındaki bağlantılara
3) Herikisine gelen bir hasar
sonucu olabilir
Bilişsel süreçler paralel dağıtık
Işlemleme ile sağlanmaktdır.
BAĞLANTICILIK ve BİRİMSELLİK
(CONNECTIONISM ve MODULARITY 1950-60’lar)
Jerry Fodor (Modularity)
İki çeşit bilişsel işlev var:
1) Merkezi
Birçok bilişşel görevde kullanılan: Dikkat, düşünme, bellek
gibi
2) Modüller (otonom ve localizeler)
Belirli bir işleve özü süreçler: Renk, şekil, hareket gibi belirli
süreçler
 Luria’da Fodor’la benzer düşünmekte. Davranış bütün
beynin bir işlevi fakat herbir alt beyin bölgesi bu
davranışa farklı düzeylerde katkıda bulunur…
NÖROANATOMİ
SİNİR HÜCRELERİ ve NÖROGLIA
NÖRON (NEURON)
Beyindeki myelin kaplı hürelerin uzunluğu=
150,000-180,000 km
Sinaps sayısı= 0.15 katrillion Sol>Sağ Yarım
Küre= 186 Milyon
(1)
(2)
(3)
(4)
astrocytes
oligodendrocytes,
microglia,
ependymal cells
1,300 - 1,400 gr
100 milyar nöron
Zamana göre ortalama nöron kayıbı
(Neocortex)
Günlük= 85,000
Yıllık= ~31 milyon
Saniyede= 1
*(Pakkenberg et al., 1997; 2003)
NÖRONLAR ve BİLGİ TAŞIYICILAR
Dendrit
Akson ucu
veya
Düğmeciği
Hücre gövdesi
Hücre çekirdeği
Ranvier boğumu
Akson tepeciği
Akson
Miyelin kılıf
NÖROANATOMİ
Merkezi yarık (central sulcus)
Silviyan Yarığı (Sylvian Fissure)
Parieto-oksipital fissure
Sulcus: Girinti
Fissure: Yarık
Gyrus: Çıkıntı
Transverse Fisür
Superior Temporal Gyrus
Midle Temporal Gyrus
Inferior Temporal Gyrus
Beyin ilgili bazı uzaysal yönelim bilgileri
Düzlemler
Axial
Rostral: öne buruna doğru
Caudal: Kuyruğa doğru
Lateral: yana doğru
Medial: Ortaya doğru
Bilateral: her iki yarım kürede
İpsilateral: aynı tarafta
Kontralateral: Karşı (çapraz) tarafta
SIKLIKLA KULLANILAN YÖNTEMLER
İŞLEVSEL GÖRÜNTÜLEME
Fonksiyonel Manyetik Rezonanz Görüntüleme (Functional
Magnetic Resonance Imaging: fMRI)
-Kan Oksijen Düzeyine Bağlı Sinyal (Blood-Oxygen-Level Dependent
Signal, BOLD, S. Ogawa, 1990)
-Oksijenin hemoglobine bağlanması-ayrılması
-Blok (boxcar) Desenler (a)
-Olay İlişkili Desenler (b)
-Functional connectivity
(işlevsel bağlantıcılık)
-Resting State fMRI- DMN
(dinlenme durumu)
a)
b)
SIKLIKLA KULLANILAN YÖNTEMLER
İŞLEVSEL GÖRÜNTÜLEME
fMRI
 Nöronal aktivitenin yerini dolaylı
olarak göstermekte
 Katılımcı hareketsiz kalmalı
 Soğuk
 Gürültülü
 Görece ucuz (PET’ten)
 Görevlerin öğretilmesi
gerekmekte
 Kapalı alan korkusu olanlarda
problematik
 Ferromagnetik objeler tehlike
oluşturmakta
 Büyük boşluklara yakın alanlarda
görüntüde netlik kaybı
SIKLIKLA KULLANILAN YÖNTEMLER
İŞLEVSEL GÖRÜNTÜLEME
fNIRS
 Functional Near-Infrared Spectroscopy
 700-900 nm arasındaki ışığın optodlardan
yollanması (emiter) ve diğer optodlar
tarafından (detektör) yansıyan ışığın
ölçümlenmesi
 Bu ölçümleme kandaki oksijen miktarına
duyarlı (deoksihemoglobin ışığı daha
fazla absorbe ediyor.
 Beer-Lambert kanunu
 BOLD
 Yüzeyden ölçümlenebilir (4 cm)
 Daha ucuz (fMRI’a göre)
 Katılımcı için daha rahat ortam
 fMRI göre daha kötü uzaysal çözünürlük
Download

Giriş (Geçmişten günümüze nörobilimler)