Beyindeki sinir hücrelerine nöron, beyin ve sinir hastalıkları ile ilgilenen tıp dalına nöroloji, beyin ve sinir cerrahisine de nöroşirürji denmektedir. İnsan beynindeki nöron sayısının 200 milyar civarında olduğu tahmin ediliyor. Beynin bir mm3’ünde yaklaşık 150 bin nöron bulunur. Her nöron, akson, gövde ve çok sayıda dendritten meydana gelir. Nöronlar arasındaki bağlantı, akson ve dendritler üzerinden kurulur. Dendritlerin sayısı 20-30 bin civarındadır. 200 milyar nöron hücresini besleyen, yabancı madde ve mikropların zararlarından koruyan ve onların atıklarını temizleyen birkaç yüz trilyon glia hücresi bulunur. Ayrıca aksonun muhafazasında vazifeli myelin kılıfını oluşturan schwan hücreleri vardır.
Prof. Dr. Gazi Yaşargil beyinde gerçekleştirilen bilgi-işlemin hız ve kapasitesini açıklamada kullanılan klâsik bilgisayar benzetmesine katılmadığını şu şekilde ifade ediyor: “Beyin, âdet üzere şimdi bilgisayara benzetiliyor. Bilgisayarlar beynin imkânlarının pek ufacık bir parçası bile olamaz. Dünyada 500 milyon telefon var deniyor. Beynimizde trilyon üzeri telefonlar işliyor. Nöronların nasıl işbirliği yaptıkları henüz bilinmiyor.”
Nöronlar birbirlerine sinaps denen kavşak noktaları ile bağlanır. Bir nöron diğer bir nöronu uyarabilir veya baskılayabilir. Bilgi akımı sinapslarda aksonlar üzerinden gerçekleştirildiğinden daima tek yönlüdür. Yani bilgi bir nörondan diğerine akson üzerinden geçer. Bir nöronun aksonu ile diğer nöronun dendritinin buluşma noktası olan sinapslarda bilgi işlenmektedir. Beynimizin en önemli fonksiyonu olan bilgi işlemenin (entegrasyon) gerçekleştirildiği yerler olan sinapsların tahminî sayısı 200 trilyondur.
Beynimizdeki haberleşme ağı (neural network) şekilleri, literatürde divergence, convergence, art descharge, renshaw inhibition ve reciprocal inhibition gibi terimlerle ifade edilmektedir.
Dallanma yoluyla bilginin dağıtılması: Bilginin dallandırılarak dağıtılma ve dolayısıyla çoğaltılma şeklidir. Bir nöronun aksonu çok sayıda (2.000’den fazla) dala ayrılabilir. Böylece aynı bilgi bütün dallardan diğer nöronlara aktarılır. Bilgiyi alan nöronun aksonu da çok sayıda dallara ayrılabilir. Bu şekilde tek bir sinyal sayılamayacak kadar fazla bilgi parçacığı hâline getirilebilir. Dallanma mekanizmasının çok sayıda şekli olmakla birlikte, anlaşılması açısından temel olarak iki dallanmadan bahsedebiliriz.
1- Tek yollu dallanma: Tek yollu dallanmanın esas hedefi uyaran sayısını çoğaltmaktır. Bu mekanizmada tek bir uyaran veya zayıf bir sinyal, çok sayıda uyarana veya güçlü bir sinyale dönüştürülebilir. Meselâ beynin motor korteksinde (beyin kabuğu) sadece bir motor nöronun uyarılması ile iskelet sisteminde on bin kas lifi kasılabilir. Erken uyanmamız gereken bir durumda, uykuda küçük bir dokunma veya işitme sinyali beynimizde çok güçlü veya büyük cevaba sebep olabilir. Diğer bir ifadeyle, tek duyu giriş sinyali, dallanma mekanizması sayesinde beyin kabuğunda milyonlarca sinyale sebep olarak bizi uyandırır.
2- Çok yollu dallanma: Çok yollu dallanmada esas hedef, tek sinyalin farklı yollara ayrılarak beyinde farklı merkezlere ulaştırılmasıdır. Meselâ Erzurum’dan bir kişi telefonu tuşladığında hem Ankara’da, hem diğer vilayetlerde, hattâ Avrupa, Afrika ve Amerika’daki binlerce kişiyle konuşabilir, bunların hepsine cevap verebilir. Aynen bunun gibi, bir sinir lifindeki bir dokunma sinyali hem omuriliğe, hem omurilik soğanına, hem beyin sapı çekirdeklerine, hem talamusa, hem beyin kabuğunun tamamına farklı yollarla taşınabilir ve bu saydığımız merkezlerin tamamı aynı anda haberdâr edilebilir.
Toplanma (Convergence): Toplanma, birçok sinyalin tek merkezde toplanması demektir. Bu mekanizmayla tek nöron beynin 10 bin-200 bin nöronundan farklı bilgileri alabilir. Bu farklı bilgileri kendi içinde bütünleştirebilir ve bir son çıkış cevabına dönüştürebilir. Temelde iki tür toplanma vardır.
1-Tek kaynaktan toplanma: Bu mekanizma ile tek kaynaktan çıkan çok sayıda sinir lifinin tek nöronda sonlanması ile aynı anda daha güçlü bir tesir yaratılmaktadır. Çünkü çok sayıda nöronun getirdiği tek bilgi, tek nöronda toplanmaktadır.
2- Çok kaynaktan toplanma: Bu mekanizma ile bir nöron beynin farklı kaynaklarından farklı tür bilgilerle uyarılır. Meselâ omurilik ara nöronları aynı anda hem etraf (deri) duyu sinirlerinden, hem beyin kabuğundan gelen sinir liflerinden, hem bazal ganglion denen beynin alt çekirdeklerinden sinyal alır ve farklı kaynaklardan gelen bilgiler (enformasyon) burada işlenerek (bütünleştirilerek) tek bir cevaba dönüştürülür. Bu mekanizmayı, farklı düşüncelere sahip insanların bir araya gelerek bir konuyu istişare etmeleri neticesinde bir karara varmaları ve bunu uygulamalarına benzetebiliriz. Meselâ, bir kişinin fareyle âniden karşı karşıya geldiğini farz edelim. Fareye ait görme, işitme ve diğer duyularla alınan bilgiler iskelet kaslarını çalıştıracak nöronlarda toplanır ve o anda acilen karar verilir ve uygulanır: Kaçayım mı, yoksa saldırayım mı? Vücudumuzda çok karmaşık tesirler meydana getiren bu duruma “savaş veya kaç reaksiyonu” denir.
Arka plân sinyallerinin baskılanması (Lateral inhibition): Bu mekanizma daha çok dokunma duyuları için geçerlidir. Dokunma siniri beyne doğru ilerlerken yan dal verir, bu yan dal dokunulan deri bölgesine komşu deri bölgelerinden beyne giden normal arka plân (background) sinyalleri baskılar. Bu şekilde beynin dokunma yerini daha iyi ve net bir şekilde tespit etmesi sağlanır. Bu mekanizma, dokunulan deri bölgesinin yerinin ve dokunma şiddetinin hassas olarak algılanması için gereklidir. Bu mekanizmayı şöyle örneklendirebiliriz. Bir miting meydanında sesinizi başbakana duyurmak istiyorsunuz; ama başbakan bir türlü sizi duymuyor ve dolayısıyla size cevap veremiyor. Bu durumda ya etrafınızdaki kişileri susturmanız veya onların seslerinin başbakana ulaşmasını engellemeniz gerekir. İşte bir duyu beyne ulaştırılırken çevredeki diğer duyu sinyalleri lateral inhibisyonla aynen bu şekilde baskılanır.
Çapraz baskılanma (Reciprocal inhibition): Bu mekanizmayla tek bir nöron iki zıt tesir gösterebilir. Omurilikten çıkan aynı sinir lifi tek bir uyarıyla, kasılması istenen kaslarda kasılma; kasılan kasa zıt olan kaslarda da gevşeme hâsıl eder. Bu şekilde gevşetme için ayrı bir sinire gerek kalmamakta ve tasarruf sağlanmaktadır. Kolu vücuda yaklaştıran kasla uzaklaştıran kaslar zıt çalışır. Mutlaka biri kasılırken diğerinin gevşetilmesi gereklidir. Bu harika mekanizma bütün kaslarımıza yerleştirilmiştir. Bir gözümüzü iç tarafa döndürdüğümüzde içe döndüren kaslar kasılırken, dışa döndüren kaslar gevşemek mecburiyetindedir. Kadîr-i Alîm beyinden gelen tek sinyalle iki zıt işi gördürür.
Renshaw baskılanması: Omurilikte cereyan eden bu mekanizma kâşifinin adıyla anılır. Beyinden kaslara gelen emirler genellikle hedeflenenden daha şiddetlidir. Yapılacak hareketlerden mesul kaslara gelen emirler, komşu kaslara da gelir. Hareketin sadece istenen kasta, istenen süre ve şiddette yapılabilmesi için bu mekanizma yaratılmıştır. Kaslara kasılma emrini götüren akson öyle harika yaratılmıştır ki, sinyali ilettikten hemen sonra hem ait olduğu nöronu, hem de komşu nöronları baskılar. Böylece, hem uyarının sürekliliği engellenmiş olur, hem de çevre kasların gereksiz ve yanlış kasılmasına meydan verilmez. Sistem, kâinatta görülen azamî tasarruf prensibine uygun olarak yerinde, zamanında ve en ekonomik şekilde çalıştırılmış olur.
Tetanus hastalığında, tetanus mikrobunun yaydığı zehir bu mekanizmayı ortadan kaldırır. Bu durumda hem kasılması istenmeyen kaslarda kasılmalar olur, hem de istenen kasılma bittikten sonra sonlandırılmaz. Tetanus hastalığında bütün vücutta kaslar aşırı kasılır, bundan dolayı hastalığa kazıklı humma denmiştir. Renshaw, tetanus mikrobu ile deneyler yaparken mikrobu yanlışlıkla kendine bulaştırmış ve tetanus hastalığından ölmüştür. Onun hâtırasına bu mekanizmaya ve omurilikte bu mekanizmada rol alan hücreye Renshaw hücresi ve mekanizması denmiştir.
Sinyalin uzatılması (art deşarj): Bu mekanizma ile tek giriş sinyali (input) çıkışta birkaç milisaniyeden birkaç dakikaya kadar süren çok sayıda çıkış sinyaline (output) sebep olabilir. Bunun birçok mekanizması vardır. Bu, güçlü veya uzun süreli bir tesir oluşturulmak istendiğinde devreye sokulan harika bir mekanizmadır. Bu mekanizma ile kısa süreli, 12 saatlik ve hattâ ömür boyu sinyal çıkışı elde edilebilir. Bu mekanizmanın çeşitli tipleri vardır.
1- Sinaptik sinyalin uzatılması: Sinaps aralığına dökülen bazı transmitter maddelerin sinapstan uzaklaşmaları geciktirilerek uzun süreli deşarjlara sebep olunmaktadır.
2- Yansıyan devre mekanizması: Giriş sinyalinin devreyi tekrar tekrar uyarması ile oluşur. Birçok basit ve kompleks yansıyan devre tipi vardır. Yansıyan devre mekanizması başka inhibitör sinyal ile durdurulabilir.
Yukarıdaki şekilde ise karmaşık bir yansıyan devre mekanizması bulunmaktadır. Bu devrede kırmızı çizgilerle gösterilen sinir lifleri kendilerini ve komşu nöronları tekrar tekrar uyararak sonsuz sayıda çıkış sinyaline sebep olurlar. Beynimizde bu devrelerin sonsuz sayıda alternatifi veya çeşidi bulunur. Burada yine tek giriş sinyali, sonsuz çıkış sinyali oluşturabilir.
Yukarıdaki şekilde durdurulabilir bir yansıyan devre görülmektedir. Genellikle beynimizde bu tür yansıyan devreler vardır. Burada dikkatle bakıldığında, tek giriş sinyaliyle çok sayıda çıkış sinyali oluşturulabilmektedir. Ancak yukarıdaki turuncu lifler bu sinyali daha da artırma yönünde tesirli olurken, aşağıdan gelen kesikli çizgilerle gösterilmiş sinyaller ise vazife tamamlandığında sinyalin durdurulmasında ve hattâ tamamen yok edilmesinde vazife alırlar. Bu devreye uyku ve uyanıklık periyotlarını misâl verebiliriz. Sabahın ilk ışıklarıyla, bir ses veya dokunma tesiriyle kişi uyanır. Bu ilk sinyali giriş sinyali olarak düşünürsek gündüz boyunca veya uyanık olduğumuz süre içinde bu uyanıklık sinyalleri sürekli olarak devam eder ve kişi bir tek sinyalin sebep olduğu sürekli sinyallerle uyanık kalır. Uyku esnasında ise kesikli çizgilerle gösterilen baskılama ve duraklatma sinyalleri bu sürekli çıkışı engelleyerek uykuya sebep olur.
Yandaki sütunda görülen yansıyan devre mekanizması çok önemlidir. Bu mekanizmayla uzun süreli, hattâ hayat boyu ancak aralıklı sinyal çıkışı elde edilebilir. Bu devre dikkatle incelenirse, bir giriş, bir çıkış ve çıkış tarafında başlayan bir devridâimin olduğu görülecektir. Bu devridâim bir aralık veya süre demektir. Çıkış sinyali aynı zamanda devridâim sinyalini de başlatır. Her bir devridâim sinyali bir aralıktan sonra tekrar bir çıkış sinyaline sebep olur. Bu devrenin solunum kaslarımızı uykuda, komada ve irademiz dışında hayat boyu devam ettiren sinir devresi olabileceği tahmin edilmektedir. Açıkçası bilim adamları, solunumun beyinde irademiz dışında nasıl devam ettirildiğini izah edememektedirler. Solunumun doğumla başlayan ve hayat boyu devam eden ritmik bir fonksiyon olduğu düşünülürse, bu devreye giriş sinyalinin doğum esnasında ve bir defa verildiği anlaşılır. Bu doğumda devreye verilen tek giriş sinyali hayat boyu devam edecek çıkış sinyallerine sebep olmaktadır. Burada doğum ile verilen ilk giriş sinyali ebe veya doktorun bebeğe dokunması, bebeğin üşümesi olabilir. Hattâ buna rağmen nefes almayan bebeklerin popolarına vurularak bebeklerin ağlatıldığı ve ağlatılarak solunumun başlamasına vesile olunduğu hepimizin mâlûmudur. İşte bu ilk ağlatma uyarısı yansıyan devrenin giriş sinyalini oluşturmaktadır. Artık ondan sonra sinyale gerek kalmadan, hayat boyu irademizin tamamen dışında, Kudreti Sonsuz’un her lâhza lütfuyla solunum devam ettirilmektedir.
Yukarıda beynimizle ilgili anlatılanlar; çok fonksiyonlu devasa bir fabrikanın makine, aydınlatma ve diğer elektrik-elektronik sistemlerinin günün, haftanın, senenin ve bütün bir çalışma ömrünün değişik zaman dilimlerindeki işleyişini, farklı fonksiyon taleplerine bağlı olarak kendi kendine ayarlaması gibi bir mekanizma olarak düşünülebilir.
Netice olarak, beynimizde sayısız elektrik ve kimyevî uyarılarla çalıştırılan sinir devreleri ve ağları mevcuttur. Kadîr-i Alîm tarafından beynimize yerleştirilen ve işletilen bu devrelere o kadar mu’cizevî vazifeler yüklenmiştir ki, insan konuşabilmekte, düşünebilmekte, karar verebilmekte, üzülmekte, sinirlenmekte; ayrıca bilinen ve bilinmeyen binlerce belki de milyonlarca meleke ve hassayı yerine getirebilmektedir. Bütün bunların, tesadüfen, cansız, akılsız ve şuursuz atomların, onların bir araya getirilmesiyle oluşturulan proteinlerin hattâ hücrelerin marifetiyle ortaya çıktığını düşünmek, akıl ve vicdana aykırı olur.