Kafatasının içindeki organ

Açılış sahnesi

Kayseri'de bir kasap dükkânı, kurban bayramından iki gün önce. Ortaokula giden Defne, babasının tezgâhının yanında bekliyor; fen öğretmeni ödev vermiş, «bir organı yakından incele, ne gördüğünü yaz» demiş. Kasap Necmi Usta bir koyun başını tezgâha koyuyor, kafatasını dikkatle açıyor ve içinden çıkan şeyi kâğıt bir tabağa bırakıyor.

Defne'nin ilk sözü «Bu kadar mı?» oluyor. Avucuna sığacak, gri-pembe, kıvrım kıvrım, jöle gibi titreyen bir kütle. Necmi Usta gülüyor: «Koyununki bu kadar. Seninki bunun birkaç katı. Ama bak, kıvrımlar aynı.»

Defne tabağı eğiyor, kütle hafifçe yayılıyor. Bir organın bu kadar yumuşak olabileceğini düşünmemiş. Defterine üç soru yazıyor: Bu kadar yumuşak bir şey nasıl korunuyor? Neden düz değil de buruşuk? Bu küçük şey bütün bedeni nasıl yönetiyor?

Defne, Necmi Usta ve dükkân bu ders için kurgulandı. Defne'nin üç sorusu ise beyin biliminin başlangıç soruları; bu ders onları sayılarla ve o sayıların nereden geldiğiyle cevaplıyor.

Bu derste ne olacak

Akademinin ilk dersinde beyni bir organ olarak tanıyoruz: ağırlığını, dokusunu, kaç hücreden yapıldığını ve bedenin enerjisinden ne kadarını harcadığını. Her sayının yanında aynı soruyu soracağız: bunu nereden biliyoruz? Çünkü beyin hakkında dolaşan sayıların bir kısmı ölçülmüş, bir kısmı ise kimsenin kaynağını gösteremediği tahminler. Dersin sonunda beynin boyutunu, kıvrımlarını ve enerji iştahını somut karşılaştırmalarla anlatabileceksin. Bir sonraki ders beyni kafatasının dışına, omuriliğe ve sinirlere bağlayacak.

Sıfır noktası

Yetişkin bir insan beyni ortalama bir buçuk kilogram civarındadır; bir litrelik su şişesinden biraz ağır, iki avuç içine sığacak kadar. Dokusu yumuşaktır: taze beyin dokusu kendi ağırlığını taşıyamaz, tabağa konunca yayılır. Kafatasının içinde ise yerinde durur, çünkü bir sıvının içinde yüzer ve zarlarla sarılıdır. Bu koruma düzenini M10-D06 ayrıntısıyla anlatacak.

Beynin dış yüzü buruşuktur. Kıvrımlara girus, aralarındaki oluklara sulkus denir; bu adları ve hangi oluğun hangi lobu ayırdığını M10-D03 anlatacak. Şimdilik bilmemiz gereken tek şey şu: buruşukluk, büyük bir yüzeyi küçük bir kutuya sığdırmanın yolu.

Mekanizma

Ağırlık ve hacim

Beyin ağırlığı insandan insana değişir. Beden büyüklüğüyle, yaşla ve cinsiyetle ilişkilidir; yaşlılıkta yavaşça azalır. Bu farkların zekâyla ilişkisi sanıldığından çok daha zayıftır ve bu konunun ölçüm tarafı derin yolda, M01-D09'da ayrıca ele alınıyor. Burada akılda tutulacak şey şu: beyin bedenin toplam ağırlığının yalnızca yaklaşık yüzde ikisini oluşturur. Yetmiş kiloluk bir insanda bu bir buçuk kilo civarına denk düşer.

Kıvrımlar ve yüzey

Beynin en büyük parçası, iki yarımküreyi kaplayan birkaç milimetre kalınlığındaki dış tabakadır. Bu tabakaya beyin kabuğu ya da korteks denir. Korteks düz bir örtü olsaydı kafatasına sığmazdı; katlanarak sığar. Bir gazete sayfasını avucunda buruşturduğunu düşün: kâğıdın alanı değişmez, kapladığı yer küçülür.

Hücreler: kaç tane, nerede

Beyin iki büyük hücre ailesinden oluşur: sinyal taşıyan nöronlar ve onların çevresindeki glia hücreleri. Uzun yıllar ders kitaplarında aynı cümle tekrarlandı: insan beyninde yüz milyar nöron ve bunun on katı glia var. Bu sayının nasıl düzeltildiğini «Nereden biliyoruz» bölümünde göreceğiz. Bugünkü en iyi ölçüm yaklaşık seksen altı milyar nöron ve ona yakın sayıda nöron dışı hücre gösteriyor.

Sayının kendisinden daha şaşırtıcı olan, nöronların dağılımı. Beyin ağırlığının büyük kısmını korteks oluşturur; yapılan ölçümlerde korteks ortalama bin iki yüz gramın üzerinde çıkıyor. Ama beyindeki nöronların yalnızca yaklaşık beşte biri kortekste. Nöronların büyük çoğunluğu, kafatasının arka alt köşesindeki, yaklaşık yüz elli gramlık beyincikte bulunur. Beyinciğin küçük, sık paketlenmiş hücreleri bu sayıyı yukarı çeker. Beyinciği M20-D04 ayrıca anlatacak.

Enerji iştahı

Beyin ağırlığına göre bedenin en pahalı organlarından biridir. Dinlenme hâlindeki bir yetişkinde bedenin tükettiği oksijenin, yani yakıp enerjiye çevirdiği kalorinin yaklaşık beşte birini kullanır. Bunun büyük kısmı nöronların sinyal üretmeye hazır kalmasına harcanır: her nöron, zarının iki yanındaki elektrik farkını korumak için iyon pompalarını sürekli çalıştırır. Bu masrafın ayrıntısını M08-D05 anlatacak.

Nereden biliyoruz

Beynin ağırlığı en eski ölçümdür; on dokuzuncu yüzyılda otopsi kayıtlarında binlerce beyin tartıldı. Ağırlık kolay ölçülür, ama ne anlama geldiği zor yorumlanır. O dönemin bazı araştırmacıları beyin ağırlığından zekâ, cinsiyet ve ırk hakkında sonuçlar çıkarmaya kalktı; bu çıkarımlar ölçüm hatalarıyla ve önyargıyla doluydu ve bugün terk edilmiş durumda.

Nöron sayısı ise yakın zamana kadar ölçülemedi. Eski yöntem mikroskop altında ince doku kesitlerinde hücre saymaktı. Sorun şu: hücre yoğunluğu beynin her yerinde farklı olduğu için birkaç kesitten bütün beyne ölçekleme yapmak büyük hata doğurur. Yüz milyar sayısı, parça parça tahminlerin toplanmasından ve yuvarlanmasından doğdu.

2000'lerde Brezilya'da Suzana Herculano-Houzel ve Roberto Lent'in ekibi başka bir yol buldu. Beyin dokusunu kimyasal olarak çözüp hücre çekirdeklerini bir sıvının içinde eşit dağılmış bir süspansiyona çevirdiler. Böylece pazarcının kepçesi gibi küçük bir örnek sayılıp toplama ölçeklenebildi. Nöron çekirdeklerini ayırt etmek için yalnız nöron çekirdeklerinde bulunan bir proteini işaretleyen antikorlar kullandılar.

Enerji payının ölçümü ise başka bir yoldan geldi: beyne giren ve beyinden çıkan kandaki oksijen farkı ile beyin kan akımının ölçülmesi, sonra da pozitron emisyon tomografisi gibi görüntüleme yöntemleriyle beynin glikoz ve oksijen kullanımının bölge bölge izlenmesi.

Usta katmanı

Bu derste verilen her sayı bir ortalamadır ve her ortalamanın arkasında belli bir örneklem vardır. Yüzde yirmi yetişkin içindir; çocukta çok daha yüksektir. Seksen altı milyar az sayıda yetişkin erkek beyninden gelir; kadın beyinlerinde ve farklı yaşlarda yapılan ölçümler aynı yöntemi kullansa bile sayıyı biraz değiştirebilir. Bir sayıyı aktarırken onu kimin ölçtüğünü ve kimde ölçtüğünü de söylemek, beyin bilgisinde dürüstlüğün en temel biçimidir.

İkinci bir incelik: «yüz milyar» yanlış çıktı diye «seksen altı milyar» kesin doğru demek değildir. Yeni yöntemin de hata payı vardır ve bu hata payı makalelerde sayının yanında verilir. Bilimde düzeltilen bir sayının yerine geçen sayı, daha az yanlış olandır; son söz değildir.

Üçüncüsü, büyüklükle yetenek arasındaki ilişki. İnsan beyni, kendi boyutundaki bir primat beyninden beklenen nöron sayısına yakın nöron taşır. Herculano-Houzel'in yorumuna göre insan beynini özel kılan şey, primat ölçekleme kuralına uyması ve bu kurala göre çok büyümüş olması; yani nöronları yoğun paketleyen bir soyun en büyük üyesi olması. Ağırlık tek başına bir şey söylemez: insanınkinden ağır beyinleri olan memeliler var. Bu yorum tartışmaya açıktır ve derin yoldaki M01-D09 dersi onu ayrıntısıyla sınıyor.

Kanıtın sınırı

Beynin ağırlığı ve enerji payı defalarca ölçülmüş, sağlam bulgulardır; ama hepsi ortalama yetişkinler içindir ve bireysel farklar büyüktür. Nöron sayısı daha yenidir: tek bir yöntemle, az sayıda beyinde ve büyük ölçüde aynı araştırma ağından gelen ölçümlere dayanır. Farklı yaşlarda, kadınlarda ve hastalıklarda bu sayının nasıl değiştiği henüz tam bilinmiyor. Çocukluktaki enerji doruğu ise farklı çalışmalardan derlenen kesitsel verilere dayanıyor; aynı çocukları yıllarca izleyen bir ölçüm yok. Beden büyümesinin beyne enerji ayırmak için yavaşladığı fikri ilginç bir açıklamadır ama genelleme yapmak için daha fazla doğrudan kanıt gerekir. Son olarak, bu sayılardan hiçbiri bir insanın ne düşündüğünü ya da ne kadar yetenekli olduğunu söylemez.

Kendin dene

Aklında kalsın

Beyin ağırlığı ortalama bir buçuk kilogram civarında, beden ağırlığının yaklaşık yüzde ikisi olan yumuşak bir organdır. Kafatasının içinde bir sıvıda yüzer ve zarlarla sarılıdır; kıvrımları büyük bir korteks yüzeyini küçük bir kutuya sığdırmanın yoludur.

Bugünkü en iyi ölçüm, yetişkin insan beyninde yaklaşık seksen altı milyar nöron ve ona yakın sayıda nöron dışı hücre gösteriyor. Ders kitaplarındaki yüz milyar ve on kat glia sayısının ölçülmüş bir kaynağı yoktu. Nöronların büyük kısmı korteksde değil beyincikte bulunur.

Beyin ağırlığına göre çok pahalıdır: dinlenen bir yetişkinde oksijenin ve kalorinin yaklaşık beşte birini kullanır ve bu tüketim zihinsel etkinlikle çok az değişir. Çocuklukta bu pay çok daha yüksektir ve beş yaş civarında doruğa çıkar.

Her sayının arkasında bir yöntem ve bir örneklem vardır. Bir beyin sayısını aktarırken kimin, kimde ve nasıl ölçtüğünü sormak bu akademinin her dersinde yapacağımız şeydir.

Sonraki derse köprü

Defne'nin tabağındaki beyin kafatasından çıkarılmıştı; ama canlı bir bedende beyin yalnız durmaz. Kafatasının tabanından aşağı omurilik olarak uzanır, sinirlerle parmak uçlarına, kalbe ve bağırsaklara kadar dallanır. Bir sonraki ders, M01-D02 «Sinir sistemi bir bütündür», merkezi ve çevresel sinir sistemi ayrımını kuracak ve beynin bedenden ayrı bir organ değil, bedenin içine yayılmış tek bir sistemin parçası olduğunu gösterecek.