Davranışın
biyofizyolojik
temelleri: Sinir sistemi
Prof. Dr. Nesrin Hisli Şahin
PSK 101
2014-2015
Sinir sistemi



Özellikleri
Yolakları
Bölümleri
Sinir Sistemi: Özellikleri
Bedenin elektorkimyasal iletişim ağı
Nörobilim ve Nörobilimciler
 Bilinen en karmaşık ve en düzenli madde
 1cm küp beyin maddesinde 50 000000 sinir hücresi
 100 milyar nöron, daha fazla glia hücresi, her
nörondan 10 bin başka nörona bağlantı
Sinir Sisteminin (Karmaşık sistem) Özellikleri:
 Karmaşıklık/Düzen
 Farklılaşma/Bütünleşme
 Değişim-Uyum/Değiştirme
 Bilgi alımı, aktarımı/Bilgi işleme


1
Sinir Sistemi: Yolakları




Duyumsal bilginin alınıp, aktarılması, işlenmesi, bütünleştirilmesi,
motor hareketlerin yönetilmesi
Götüren (Afferent/sensory) sinirler/Duyumsal sinirler (Çevreden
alınan bilgilerin beyne aktarılması)
 Bilgi  Omurilik ve beyin
Getiren (Efferent/motor) Sinirler/Motor sinirler
 Bilgi  Kaslar, organlar
Sinir ağları


Duyumsal ve motor bilginin bütünleştirilmesi
Refleks Döngüsü
 Götüren sinir  Aracı sinir  Getiren sinir
Refleks döngüsü
Getiren
Götüren
Sinir Sistemi:Bölümleri
2
Sinir Sistemi:Bölümleri


Merkezi Sinir Sistemi (MSS)
 Beyin ve Omurilik
 Bedendeki sinirlerin %99 dan fazlası
Çevresel Sinir Sistemi (ÇSS)
 Beyin ve omuriliği bedenin diğer bölgelerine bağlar
 Bedenden beyine, beyinden bedene bilgi gönderir
 İstemli (Somatik) Sinir Sistemi
 Duyumsal sinirler (duyumsal bilgi)
 Motor sinirler ( kas hareketleri)
 İstemsiz (Otonom) Sinir Sistemi – iç organlardan beyine, beyinden iç
organlara
 Sempatik sinir sistemi – uyarır-korur
 Parasempatik sinir sistemi – sakinleştirir-tamir eder
Merkezi (Central) sinir sistemi
Çevresel (Periferal) sinir sistemi
3
Çevresel S.S.
Somatik (İstemli) ve Otonom (İstemsiz) sistemler)
Çevresel SS.
İstemli sinir sistemi
İstemsiz sinir sistemi
Otonom sistem
4
Sinir sistemi hücreleri

Sinir hücreleri

Glia hücreleri
Sinir hücresi....







İşi
 İletim
Boyu-posu
 Bir kaç cm-1.5 metreden fazla
Bölümleri
 Dandritler-Gövde-Akson tepeciği-Akson-Akson terminali
Şekli
 Çok çeşitli, 5000 çeşit
Sayısı
 100 milyardan fazla
Yaşam biçimi
 Yalnız yaşıyamıyor
Çalışma biçimi
 Zıplayarak (Saltatory) iletim
 Elektrotonik potansiyel
 Aksiyon potansiyeli
Sinir hücreleri






Bilgi iletimi hızı 20 – 30 m/s (Satte 330 mil)
Beyin içinde en uzak noktaya uyarı aktarımı saniyenin 5/1000’i
Bilgi beyinden ellere ya da ellerden beyine milisaniyeler içinde varır
Bilgi işleme işini bizzat yaparlar
100 milyar nöronun her biri en az 10000 başka sinir hücresiyle
bağlantı kurar; ve bağlantılar genellikle karışmaz
 Bağlantı kurmazlarsa gelişemiyorlar, yaşayamıyorlar
En basit bir düşüncede bile aynı anda milyonlarca nöron birlikte
aktive oluyor
5
Çeşitli sinir hücreleri
Glia hücreleri






Sinir sisteminin
beslenmesini
sağlıyorlar
Destek veriyorlar
Bilgi işlemiyorlar
Sayıları nöronlardan
çok daha fazla
Çeşitli tipleri var
Haklarında çok az şey
biliniyor
Sinir Hücreleri: Yapısı



Özelleşmiş hücre yapıları
Farklı bilgi işleme işlevleri vardır
Ortak özellikleri de var

Çoğu yaşamın ilk döneminde oluşur
Yaşam boyu büyüklükleri, şekilleri, bağlantıları değişir

Hücre zarı (gövdeyi, dandritleri ve aksonu sarıyor)







Yarı geçirgen, üzerinde özelleşmiş kanallar var
Yarı geçirgenliği nedeniyle hücre içi ve dışını zıt kutuplarda tutuyor
Hücre gövdesi
 Çekirdek ve çekirdeğin içinde DNA
Dandritler
Akson (çok ince/ 1/10000 inch ; çok uzun/3ft; bazıları çok daha kısa)
Miyelin örtüsü (Yağ hücreleri katmanı)
 Elektrik akımını hızlandırıyor
6
Sinir hücresi: Yapısı
Miyelin/Ms/Lorenzo’Oil
Miyelin kılıfı
Hasar
Ranvier bölgeleri
Schwann hücreleri
7
Sinir sisteminde iletişim
Elektrokimyasal akım
Sinir hücresinde elektro-kimyasal akım


“Uyarıcı bilgisi/Mesaj”, bir hücreden öbür
hücreye önce elektrik akımıyla, daha sonra
kimyasal sinyalle aktarılır
Bir hücrenin (mesajı aktaranın) aksonundan
diğerinin (mesajı alanın) dandritine ve aynı
hücrenin (mesajı alanın) aksonuna; daha
sonra yeni hücrenin dandritine; onun
dandritinden aksonuna; vb.
Elektriksel akımın yönü
8
Elektriksel aktarım
Sinir hücresi..



Sinir hücresi (gövdesi ve aksonuyla birlikte)
 İçi sıvı dolu, bir tarafı uzamış ve incelmiş bir balon
gibidir
 Başka bir sıvının içinde varolur
Akson çok ince bir tüptür
 Onlarcası bir arada saç teli inceliğindedir
Hücre içindeki ve dışındaki sıvının, sıvı içindeki iyon
konsantrasyonuna bağlı olarak elektrik yükleri farklıdır
 İçeride (-); dışarıda (+) yüklü
Sinir hücresi elektrik yükü




Na ve K iyonları (+) elektrik yüküne sahiptir, ama içeride daha çok
K, iyonu dışarıda daha çok Na iyonu var. (Konsantrasyon farkı)
Hücre içinde daha fazla miktarda (–) yüklü Chl. ve proteinler
olduğundan içeride biraz daha fazla (–) yük vardır. (Şarj farkı)
Hücre o nedenle “polarize” olmuş durumdadır
Hücre zarı bu iyonların giriş çıkışını düzenler







Hücre zarı olmasa çoktan aza akım; + ve – çekim
Hücre zarı üzerinde yüzlerce, binlerce iyon pompası adı verilen
kanallar vardır
Kanallar iyonların hücre içine girmesini ve çıkmasını sağlarlar
Nöron dinlenme halindeyken iyon kanalları (K dışında) kapalıdır
İçerinin dışa farkı (-60)-(-75) milivolttur (-70 mvlt)
75000 nöron bir araya gelse 1 volt elektrik üretir
Elektrik balığının 8.400 tanesi 600 volt elektrik üretir
9
Dinlenme potansiyeli
Uyarılmamış bir nöronda K kanalları genelde açıktır;
K iyonları sürekli giriş-çıkış yapar;
Hücreyi (-70 mvlt) kutuplaşmış olarak tutar
Zar üzerinde Na kanalları olsa da genelde kapalıdır
K iyonları hücre zarından geçebildiği ve hücre içinde daha yüksek sayıda
oldukları için, sayıdaki bu dengesizliği gidermek üzere hücre dışına
sızarlar
Daha büyük (-) iyonlar (Cl) hücre içinde kaldıklarından hücre içine (-)
yüklü yaparlar
Hücre içinin (-) 60 ya da (-)70 mvlt olabilmesi için K hücrelerinin
1/1000’inin hücreyi terk etmesi gerekir
Eğer hücre içi sıvısı çok fazla (-) yüklenirse (hiperpolarizasyon) denge
bozulur
Bunun üzerine tekrar dengeye dönmek için dışarıdaki K iyonları “zıtların
çekmesi” ilkesiyle içeri alınır ve K kanalları kısa bir süre kapanır









Dinlenme potansiyeli
1. Konsantrasyon farkı
2. Elektrik yükü farkı
3. Hücre zarı özelliği
Dinlenme Potansiyeli
+
+
+
Hücre dışı
+
+
+
+
3 Na
-
-
+
Hücre içi
+++++
+
-----------
ATP
+
+
+++++
+++++
-
+
2K
-----------
ATP
+
-
-
-
+
+
---------+
+
Sodyum-potasyum
pompası
3 Na dışarı
2 K içeri
Net 1 Na+ dışarıda
daha fazla
Sonuç
içerisi (-) (daha
az +) dışarısı (+) (
daha çok +)
Hiperpolarizasyon
durumunda
Na kanalları
K Kanalları
+
+
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - -- -
10
Dinlenme potansiyeli
Sinir uyarımı (Nöral impuls)

Dinlenme potansiyeli (-70 mvlt)

Elektrotonik potansiyel





Hücre içinde +/- çekimi
Daha hızlı
Kısa mesafe
Hareket potansiyeli (+40 mvlt)





Hareketsiz bir sinir hücresinin dengeli, negatif yüküdür
İyon kapılarının kutuplaşmayı (dengeyi) bozması
Hücre içine kısa süreli bir pozitif elektrik yüklemesi: “ateşleme”
Daha yavaş
Gücünü kaybetmeden daha uzun mesafe; miyelinli aksonlarda
“Ya hep ya hiç” ilkesi

“Ateşleme” bir kez başlatıldı mı durdurulamaz
Elektrotonik potansiyel

Bir nedenle, dandrit ya da hücre gövdesi zarı
üzerinde Na kanalı açılır ve Na içeri girer





iÇERİSİ (-) ve Na (+) olduğu için
Dışarıda daha çok Na; içeride daha az Na olduğu için
İçeride, Na+ giren bölgede (+)’lar birbirini ileri
doğru iter ve ilerideki (-)’li bölgelere doğru
çekilirler
O bölgelerin (-) yükünü azaltırlar
Arka arkaya oluşan elektrotonik potansiyel,
akson tepeciğindeki Na kanalı bölgesinde (+)
konsantrasyonunu çok arttırır
11
Aksiyon potansiyeli












Uyarıcı, sinir hücresi üzerine etki yaptığında, hücrenin (+) yükünü arttırır
Hücre içi – 55 mvlt’a çıktığında
Aksonun başladığı noktada Na kanalları açılır, içeriye Na iyonları dolar
Hücre zarı depolarize olur; (-)70’ten, (+)40’a doğru çıkar
Hücre içi o bölgede (+) yüklü olur
Hücre içi (+) 40 mvlt olduğunda durum değişir
Bunun üzerine K kanalları açılır ve hücre içinin tekrar (-)ye dönmesi için
K iyonları dışarı çıkar
Ama K kanalları yavaş açılıp yavaş kapandığı için çok fazla K dışarı çıkar
Hücre olması gerekenden daha da (-) hale gelir (Hiperpolarizasyon)
K kanalları kapanır, daha fazla dışarı çıkması engellenir ve K diffüzyonla hücre
içine geri çekilir
Bu “hiperpolarizasyon” hali hücre zarı için “sağırlık” dönemidir ve bu dönemde
hiçbir aksiyon potansiyeli oluşmaz
Bu da aksiyon potansiyelinin her zaman tek yönlü olduğunu gösterir
Aksiyon potansiyeli






Aynı işlem aksonun bir sonraki bölümünde başlar;
Kanallar kısa süreli açılır kapanır
Aksiyon potansiyeli 1/1000 saniye kadar sürer çünkü Na
kanalları çok kısa süre açık kalır ve hemen kapanır
Bir sonraki aksiyon potansiyeli için hazır hale gelir
Aksiyon potansiyelinin temel kuralı “ya hep ya hiç”tir
Ateşleninceye kadar belirli bir eşiği aşması gerekir
Eşiğe gelince ateşlenir ve akson boyunca gücünden hiç
kaybetmez
Aksiyon potansiyeli
12
Aksiyon potansiyeli
Na (+) Kapısı kağpanır
K (+) Kapısı açılır
K (+) dışarı
Na (+) içeri
Sağırlık dönemi
Na (+) Kapısı açılır
K(+) Kapısı kapanır
«Zıplayarak» (Saltatory) iletim:
Elektrotonik potansiyel ve Aksiyon potansiyeli
+
+-
- --
+
-60
-70
13
Kimyasal aktarım…
Hücre aralıkları (Sinapslar) ve hücreler-arası
aktarım yapan kimyasallar (Nörotransmitörler)



Uyarımın elektriksel akım olarak hücre aksonunu boydan
boya geçtikten sonra diğer hücreye geçebilmesi için
kimyasal sinyale dönüşmesi gerekir
Hücrelerarası aralıktan (Sinaptik) aktarım
 Nörokimyasal iletişim
 Hareket potansiyeli (elektriksel uyarıcı) kimyasal bir
işarete dönüştürülür
Hücrelerarası aralıklar (Sinaps)
 Bitiş noktası düğümcükleri ile “alıcı” hücrenin gövdesi
ya da gövde dalları (dandritler) arasındaki aralık
Hücrelerarası sinaptik aktarım



Sinaps (Sadece kortekste 100-500 trilyon sinaps)
Sinaptik aralık
Aralık öncesi hücre (Presinaptik nöron)




Akson terminali
Nörotransmitör kesecikleri
Presinaptik membran
Aralık sonrası hücre (Postsinaptik nöron)


Postsinaptik membran
Reseptör bölgesi
14
Sinaptik aktarım
Hücrelerarası sinaptik aktarım
öncesi….






Aksiyon potansiyeli sinaptik terminale ulaşınca o bölgeyi (+)
olarak yükler
Akson sonundaki Na fazlalığına bağlı (+) elektrik yükü o bölgedeki
Ca pompalarını tetikler ve açılmalarını sağlar
Hücre içine Ca (++) doluşur.
Ca (2 pozitif) ++ yüklü bir iyondur
Ca miktarı o bölgede artınca Ca iyonları akson terminalindeki
keseciklerin hücre zarına doğru ilerlemesine ve hücre zarı ile
kesecik zarının birleşmesine ve keseciğin açılmasına yol açar
Açılan kesecikten sinaps aralığına nörotransmitörler dökülür ve
bazıları postsinaptik nörondaki ona özgü reseptöre yerleşir ve yeni
hücrede aksiyon potansiyelini başlatacak hazırlığı yapar
15
Postsinaptik nöron reseptörleri




Postsinaptik aksiyon potansiyeli, nöron üzerinde fazla
ilerleyemez (birkaç mm.)
Bir süre sonra iyonlar hücre zarından geriye sızarlar
Ama eğer presinaptik nörondan uyarım devam
ediyorsa ve post sinaptik hücre zarında Na (+)
pompalarının açılmasına yol açıp, içeride Na iyonu
miktarlarının artmasını sağlayabiliyorlarsa
Bu (+) elektrik yükü, hücre zarından içeriye, hücre
gövdesine doğru geçebilir ve yeni bir aksiyon
potansiyeli oluşabilir
Postsinaptik nöron resptörleri






Her nörotransmitör için alıcı hücrede özel reseptörler vardır
Nörotransmitör uygun reseptöre yerleşince post sinaptik hücre
zarındaki iyon kanallarını açar. Kanallar açılınca dışarıdan
bazı iyonlar içeri girer; içerideki ve dışarıdaki iyon
konsanrasyonlarına bağlı olarak içerinin elektrik yükünü
değiştirirler
Ya daha fazla (+) yaparlar (uyarırlar)
Ya da daha fazla (-) yaparlar ve (ketlerler) inhibe ederler
EPSP: Excitatory (Uyarıcı) post synaptic potential
 Uyarıcı sinaps (Na kanallarının içeri açılmasıyla)
IPSP: Inhibitory (Ketleyici) post synaptic potential
 Ketleyici sinaps (K kanallarının dışarı açılmasıyla)
16
Hücre aralıkları (Sinapslar) ve hücrelerarası aktarım yapan kimyasallar
(Nörotransmitörler)
Hücreler-arası aktarım yapan
kimyasallar (Nörotransmitörler)







Bu kimyasallar, alıcı hücreyi ya uyarır ya da ketler, bazıları hem
uyarır hem ketler
Nörotransmitörler sinaptik aralıkta dolaşırken molekülleri
yayılarak ya da toplanarak dolaşırlar
Arka arkaya ya da aralıklı gelebilirler
Alıcı nöron tepki vermeden önce bu bilgiyi de kaydeder
Bazı nöronlar tek tip nörotransmitör salarken
Çoğunlukla çok sayıda farklı nöron çok değişik nörotransmitörleri
aynı aralığa salar
Herhangi bir anda bir nöron, çeşitli nörotransmitörlerden farklı
mesajlar almaktadır
Hücreler-arası aktarım yapan
kimyasallar (Nörotransmitörler)




Reseptör bölgelerinde kimyasal moleküller hücre zarına bağlanır
ve hücreyi ya uyarır ve onu ateşlenme eşiğine daha çok yaklaştırır
ya da ketler
Genellikle bir nörondan gelen uyarıcı nörotransmitörün
bağlanması, bir aksiyon potansiyeli ateşleyecek kadar güçlü olmaz
Aksiyon potansiyelinin tetiklenmesi için aynı anda birden fazla
nöronun uyarıcı sinyalleri göndermesi gerekir
Ya da daha az sayıda da olsa nöronların uyarıcı mesajları çok hızlı
bir şekilde göndermesi gerekir
17
Hücreler-arası aktarım yapan
kimyasallar (Nörotransmitörler)





Simdiye kadar 50 çeşit nörotransmitör tespit edilmiştir; 100’ü
bulacağı ileri sürülmektedir
Herbirinin kendine özgü kimyasal bileşimi vardır
Salyangozdan, balinalara nörotransmitörlerde ortaklılar
gözleniyor
Asetilkolin (uyarıcı işlevler)
 Kas hareketleri, öğrenme, bellek
 Alzheimer hastalığı: ↓ Ach düzeyi
 Nikotin: ↑ Ach düzeyi
GABA – ketleyici işlevler
 Kaygı (Anksiyete): ↓ GABA düzeyi
Hücreler-arası aktarım yapan
kimyasallar (Nörotransmitörler)

Norepinefrin


(Merkezi sinir sistemi: Ketleyici;
Kalp, barsaklar,ürogenital sistemler: uyarıcı)
Stres ve manik nöbet: ↑ Norepinefrin düzeyi
Depresyon: ↓ Norepinefrin düzeyi
 Ach ile birlikte uyku durumlarını düzenler
Dopamin (Uyarıcı; İstemli hareketler, uyku, ruh durumu, dikkat,
öğrenme)
 Uyarıcı ilaçlar/maddeler: ↑ Dopamin düzeyi
 Parkinson hastalığı: ↓ Dopamin düzeyi
 Sizofreni: Dopamin



Hücreler-arası aktarım yapan
kimyasallar (Nörotransmitörler)


Serotonin (Uyarıcı)
 Asetilkolin ve norepinefrinle birlikte, uyku, ruh
durumu, dikkat, öğrenmenin düzenlenmesi
 Depresyon: ↓ Serotonin düzeyi
 Prozac  ↑ Serotonin düzeyi
Endorfinler (Uyarıcı)
 İçten üretilen (doğal) “kafa buldurucu”lar, ağrı
kesiciler
 Acı ve haz duygularını düzenlerler
18
Hücreler-arası aktarım yapan
kimyasallar (Nörotransmitörler)


Oksitosin (Uyarıcı)
 Hem hormon hem de hücrelerarası aktarım yapan
kimyasal
 Yeni doğum yapan annelerde sütün gelişini kolaylaştırır
 Bağlanma/ duygusal bağlarla ilişkili
 Dişilerde stres tepkisini yönetir
İlaçlar ve nörotransmitörler
 Yerine geçenler – Sinirsel aktarımı sağlayan
kimyasallarının (nörotransmitörlerin) etkilerini taklit
edenler, arttıranlar ya da onların yerine geçenler
 Engelleyenler – Nörotransmitörlerin etkilerini
engelleyenler
Sinirağları
Sinir ağları







Bilgiyi işlemek için bir arada çalışan nöron toplulukları ve
aralarındaki bağlantılar
Bazı nöronların aksonları kısa, bazılarının uzun
Sinir ağları “statik” değildir, sinaptik bağlantıların güçlenmesine
ve zayıflamasına göre değişirler
Sinaptik bağlantıların güçlenmesi tekrar ile, zayıflaması
tekrarlamama ile bağlantılıdır
Bir “isim” bile, nöronlar arasında binlerce bağlantıyla ilişkilidir
İnsan zihnindeki “semboller” bu bağlantıların en karmaşık
olanlarıdır (Trilyonlarla bağlantı anlamına gelebilir)
Bir uyarıcıyla ilk tanışmada daha az sayıda bağlantı oluşurken, her
karşılaşmada, ve o uyarıcıya yönelik her türlü yeni bilgi
ediniminde bağlantılar karmaşıklaşır; bilgilerin hatırlanması
kolaylaşır
19
Özetin özeti...
Daha da fazlasını görmek
isteyenler için...
Brain anatomy
http://www.youtube.com/watch?v=-BiCNkUGIG0
http://www.youtube.com/watch?v=HVGlfcP3ATI&feature=fvwrel
http://www.youtube.com/watch?v=oJDopeux8u4&feature=fvwrel
http://www.youtube.com/watch?v=wla-l4PHmqQ&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=NYNwwmN1BMM&feature=related
Nervous system
•http://www.youtube.com/watch?v=sjyI4CmBOA0
•http://www.savetubevideo.com/?v=ob5U8zPbAX4&feature=relmfu
•http://www.savetubevideo.com/?v=C_H-ONQFjpQ&feature=relmfu
•http://www.savetubevideo.com/?v=gkQtRec2464&feature=relmfu
•http://www.savetubevideo.com/?v=Tbq-KZaXiL4&feature=relmfu
•http://www.youtube.com/watch?v=xysT9JD7i0w&feature=fvwrel
•http://www.youtube.com/watch?NR=1&feature=endscreen&v=tqvJZ1STLos
•http://www.youtube.com/watch?v=j8hrI6zbUjQ&feature=relmfu
•http://www.youtube.com/watch?v=kwzchbu63zs&feature=relmfu
•http://www.youtube.com/watch?v=q5o-APJcCA8&feature=relmfu
•http://www.youtube.com/watch?v=BTuzGBPEqbA&feature=relmfu
•http://www.youtube.com/watch?v=XTEJJCPKBNA&feature=relmfu
•http://www.youtube.com/watch?v=p0pAs4KVw9M&feature=relmfu
Neuronal networks
http://www.youtube.com/watch?v=sX87g3AHIbc
http://www.youtube.com/watch?feature=endscreen&v=GIGqp6_PG6k&NR=1
http://www.youtube.com/watch?feature=endscreen&NR=1&v=sQKma9uMCFk
http://www.youtube.com/watch?v=oPEdDcs_8ZQ&feature=related
20
Download

Ders 3