Sibernetik Düzenlilik
Vücudumuza yerleştirilmiş olan sayısız otomatik kontrol
sistemi vasıtası ile sağlanan eşsiz düzenlilik, sibernetik
biliminin başlıca ilham ve bilgi kaynağını teşkil etmiştir. Bu
ilişkinin daha iyi anlaşılabilmesi için vücudumuzun otomatik
kontrol mekanizmalarının daha önce ele alınan temel yapılarının
ve fonksiyonlarının sibernetik terimler ile yeniden ifadesi faydalı
olur.
Sibernetik dil ile bir nöron, çeşitli
in-putları ve bir out-put’u olan bir “black-box”dır. Nöron,
in-putlarla gelen enformasyonu alır, işler ve değerlendirerek
ulaştığı kararı out-put olarak dışarıya (icra organı
hücresine veya bir başka nörona) gönderir.
Sinir hücresi de diğer hücreler gibi bir zar ile çevrilmiş
olup, içinde sitoplazma ve çekirdek bulunur. Dezoksiribonükleik
asit (DNA), çekirdeğin içine yerleştirilmiş olan kromozomlar
üzerinde bulunan genleri teşkil eder.
Genler, hücrenin ihtiyacı olan özel
proteinlerin ve enzimlerin sentezi için gerekli enformasyonu ihtiva
eder. Bu malûmat, mors alfabesine benzer kodlarla kaydolunmuştur.
Her DNA molekülünde ortalama olarak 10 000 kayıt bulunduğu
hesaplanmıştır. Bir kromozom 100 000 kadar gen ihtiva ettiğine
göre, herbirinin üzerine kaydedilebilecek elemanter enformasyon
miktarı 1 000 000 000 btye olur. Bu, yaklaşık 50 000 sahifelik bir
ansiklopedide mevcut olan bilgiye denktir.
DNA’daki bilgiler, RNA dizilerine aktarıldıktan
sonra, hücrenin protein ve enzim sentez üniteleri olan ribozomlara
ulaştırılır. Bu transferi, manyetik bir banda, mıknatıslı bir
yazıcı kafanın, demir oksit zerrelerini kutuplandırmak suretiyle
enformasyon kaydetmesine benzetebiliriz. Ribozomlar, RNA’daki bu
bilgileri önce özel amino asit dizileri ve sonra da protein
molekülleri sentezletmek suretiyle, hücre diline tercüme ederler.
Hep veya hiç kanununa göre çalışan nöronlar, uyarılma
eşiklerinin altındaki uyaranlara hiç cevap vermezler. Eşik değer
bir defa aşıldıktan sonra ise verilen cevabın siddeti daima
sabit kalmaktadır. Ancak uyaranın niceliği, cevap olarak verilen
elektrokimyasal impulsun frekansına tesir ettiğinden, sinir
hücreleri frekans modülasyonuna göre çalışan devre elemanları
olarak görülebilirler. Uyaranın niceliğinin, cevabın büyüklüğünü
etkilediği amplitüd modülasyonlu sistemlerde hata ve parazit oranı
yüksek olduğundan, sinir sisteminde, frekans modulasyonu
kullanılmıştır.
Fizyoloji ve Sibernetik
Frekans modulasyonu ile çalışan sinir sistemi ile onun
hipotalamus adlı bölümünün denetimi altında çalışan hormonal
sistem, ihtiva ettikleri sayısız feed-back devreleri ile vücutta
birçok fizyolojik faaliyeti otomatik olarak düzenlerler. Bu tür
düzenleyici yapılar ve süreçler tıpta, “Fizyoloji” adlı
bilim dalında ele alınır.
A. C. Guyton, “Fizyoloji” adlı kitabının
birinci bölümünde insan vücudunda mevcut biyosibernetik yapı ve
mekanizmaları şöyle anlatır: ”Fizyoloji,
canlı maddenin fonksiyonlarını araştıran bir bilim dalıdır. Bu
alan; virüs fizyolojisinden bakteri, hücre, bitki ve insan
fizyolojisine kadar değişen birçok alt bölüme ayrılır. İnsan
fizyolojisinde hücrelerimizde meydana gelen kimyasal reaksiyonları,
sinirsel uyaranların vücudumuzun bir kısmından diğerine
geçişini, adalelerin kasılmasını, görme olayında ışık
enerjisinin elektrokimyasal enerjiye dönüştürülüşünü ve
benzeri birçok olayı en küçük ayrıntılarına kadar ele alırız.
Bu süreçleri incelerken, hayatımızın temelini oluşturan en
önemli olayların bizim bilincimiz ve kontrolumuz dışında
otomatik olarak gerçekleştirildiklerini görürüz Bu yönüyle
insan bir ‘otomat’
olarak değerlendirilebilir. Tabii ki varlığımızın diğer
cephesini de ‘duyan, hisseden,
öğrenen ve düşünen’
yönümüz teşkil eder. Ancak bu cephemizi oluşturan işlevlerin
temelleri de yine vücudumuzun bazı otomatik fonksiyonlarına
dayalıdır. Böylelikle çok farklı ortamlarda ve şartlarda da
hayatımızı ve faaliyetlerimizi sürdürebilmemiz mümkün olur.
Vücudumuzda yer alan bu otomatik kontrol
sistemlerinin nasıl çalıştığını birkaç örnek inceleyerek
görelim. Ekstrasellüler (hücre dışı) ortamda yer alan sıvıdaki
oksijen miktarı, bütün hücreler ve birçok kimyasal reaksiyon
için son derece önemli olduğundan dolayı, bu gazın
konsantrasyonunu belirli bir düzeyde tutmaya yönelik özel bir
regülasyon mekanizması mevcuttur.
Bu mekanizmanın temeli hemoglobin adlı
maddenin kimyasal özelliklerine dayanır. Alyuvarların içinde yer
alan hemoglobin, kanın akciğerlerden geçişi sırasında oksijeni
alır. Kanın dokularda bulunan kılcal damarlardan geçişi
esnasında; eğer ekstrasellüler sıvıdaki oksijen konsantrasyonu
düşmüş ise, bu düşüşün derecesine uygun miktarda oksijen
hemoglobinden ayrılır. Böylece ekstrasellüler oksijen
konsantrasyonu normal düzeye çıkarılmış olur.
Eğer dokuda oksijen tüketimi olmamışsa,
kanın kılcal damarlardan geçişine gerek olmayacağından böyle
bir akım gerçekleştirilmez. Bu faaliyete ‘hemoglobinin oksijen
tamponlama fonksiyonu’ denir ve bu işlevin önemli bir kısmı,
adı geçen maddenin kimyasal karakteristikleri aracılığıyla
gerçekleştirilir.
Karbondioksit, hücrelerdeki yanma
reaksiyonlarından kaynaklanan son ürünlerin en önemlilerinden
biridir. Eğer oluşan bütün karbondioksit vücutta birikseydi, bu
durumun meydana getireceği kütlesel etki nedeniyle enerji sağlayan
reaksiyonların hepsi çok kısa bir sürede dururdu.
Bu riske karşı şu mekanizmayla önlem
alınmıştır: Karbondioksit konsantrasyonunun yükselmesi, solunum
merkezini uyarır. Böylece kişi, daha sık ve derin nefes almaya
başlayacağından; akciğer alveollerindeki hava, atmosferdekiyle
daha hızlı ve etkin bir şekilde değiştirilir. Sonuçta alveol
içindeki havanın karbondioksit konsantrasyonu düşer. Alveole
geçişi hızlandığı için kandaki karbondioksitin düzeyi de
düşer. Bu regülasyon, ekstrasellüler sıvıdaki karbondioksit
konsantrasyonu normal düzeye inene dek devam eder.
Vücudumuzdaki otomatik kontrol sistemlerine
ikinci örnek olarak atardamarlarımızdaki kanın basıncını
ayarlayan mekanizmaları ele alalım. Arteriyal basıncın
regülasyonuna birçok değişik sistem katkıda bulunur.
Bunlardan biri ‘baroreseptör sistemi’dir.
Bedenimizin üst kısımlarındaki birçok büyük atardamarın
duvarlarının içinde, özellikle aortun ve şahdamarının
dallandığı yerlerde, gerilme halinde uyarılan baroreseptör adlı
yapılar bulunur. Arter basıncının arttığı durumlarda, bu
baroreseptörlerden yoğun bir şekilde gerginlik sinyalleri doğmaya
başlar. Bu uyarılar, beynin bulbus kısmına taşınırlar. Gelen
impulslar, normal şartlarda bulbustaki vazomotor merkezden kalbe ve
damarlara gönderilen uyarıcı sinyallerin azaltılmasına yol
açarlar. Buna bağlı olarak kalbin pompalama aktivitesiyle beraber
atardamarların gerginlikleri de azalır. Böylece kan basıncı
düşürülmüş olur.
Ancak basıncın daha fazla düşmesi
durumunda, ikinci mekanizmanın devreye girmesiyle birlikle
baroreseptörlerin gerginlik sinyalleri ve buna bağlı kalp-damar
merkezi inhibisyonu bütünüyle ortadan kalkar. Bir süre sonra da
kalbin atım aktivitesi ve damar gerginliğini arttıran uyaranlar
tekrar etkisini göstermeye başlarlar.
Bu iki mekanizma, biyosibernetik kontrol sistemlerine
sadece iki örnektir. Vücudumuzda bunlar gibi daha pekçok otomatik
kontol sistemi bulunsa da, bunların hepsi için geçerli olan bazı
ortak karakteristikler mevcuttur. Şimdi bunlardan bazılarını
kısaca ele alacağız.
Vücudun kontrol sistemleri ‘negatif
feed-back’ denilen bir tarzda faaliyet gösterirler. Meselâ
karbondioksit konsantrasyonunu regüle eden mekanizmalarda,
ekstrasellüler sıvıdaki karbondioksit düzeyinin yükselmesi
akciğerlerin etkinliklerini arttırır ve bu artış, karbondioksit
miktarını azaltıcı bir etki yapar. Diğer bir ifadeyle ilgili
sürecin sağladığı sonuç, süreci başlatan nedenin tersi
(negatifi) yönde bir etkiye sahiptir. Karbondioksit konsantrasyonu
düşünce de, sistem onu yükseltecek şekilde işlemeye başlar.
Burada da alınan karşılık, başlangıçtaki nedene ters yöndedir.
Benzer şekilde atardamar kan basıncını
düzenleyen mekanizmada, basınç yükseltici bir etki, bir dizi
reaksiyondan sonra basınç azaltıcı bir karşılık doğurmakta
veya basıncı düşüren bir etki de kan basıncını arttıran bir
tepkiyle sonlanmaktadır. Her iki durumda da etkilere ters yönde
cevaplar doğmaktadır. Genel bir ifadeyle, bazı etki veya
faktörlerin artması halinde devreye giren kontrol sistemleri,
negatif feed-back tarzında bir tepki başlatarak, bir dizi değişim
yoluyla başlatıcı etkenin denge bozucu tesirini gidererek
‘homeostasis’in devamını sağlamaktadırlar.
Sibernetikte, bir kontrol sisteminin hangi müessiriyette
çalıştığını gösteren değere, o sistemin ‘amplifikasyon
katsayısı’ denir. Meselâ bir insanın 24 saat boyunca, 15o
C sıcaklıktaki kapalı bir odada tutulduğunu farz
edelim. Sonra, odanın sıcaklığı aniden 45º C’a çıkarılsın,
yani 30º C birden yükseltilsin. Bu yeni durumda, şahsın vücut
sıcaklığı bu kadar yükselmez, ancak belki 36º C’dan 37º C’a
çıkabilir. İnsanın sıcaklık kontrol sisteminin amplifikasyon
katsayısı, bu örnekte ‘-30’ bulunur. Çünkü, dış ortamdaki
değişikliğin sadece 30’da birinin vücuda etki etmesine izin
verilmiş, 29/30’luk tesir giderilmiştir.
Hayvan deneylerinde baroreseptör sisteminin amplifikasyon değeri
ise ‘-2’ olarak bulunmuştur. Yani baroreseptörler sayesinde
atardamar basıncını arttırıcı veya azaltıcı faktörler, bu
sistemin bulunmadığı durumlarda yapabilecekleri tesirin, ancak 1/3
ünü yapabilirler. Bunun iki katı, baroreseptör sistem sayesinde
giderilir. Bu sonuçlara bakarak termoregülatör sistemin
etkinliğinin baroreseptör sistemden çok daha fazla olduğunu
söyleyebiliriz.
Sibernetikte, biyolojik kontrol sistemlerinin analizinde
kullanılan başlıca işlemler ve fonksiyonlar; ‘toplama-çıkarma’,
‘çarpma’ ve ‘bölme’ işlemleri ile ‘integrasyon veya
akümülasyon’ ve ‘transfer’ fonksiyonlarıdır.
Meselâ, katı gıdalarla vücuda giren tuzun
günlük miktarını ‘x’, sıvılarla alınan tuzu ‘y’ ve
böbreklerden atılan günlük tuz miktarını da ‘z’ ile
gösterirsek, vücuttaki tuz miktarının günlük net değişimi
‘x+y-z’ olur. Bu değişim, sibernetikçiler tarafından
grafiksel olarak toplama fonksiyonu türünden bir eğri ifade
edilir.
Çarpma işlemine örnek olarak da atardamar
basıncının regülasyonunda rol oynayan faktörler arasındaki
ilişki gösterilebilir. Baroreseptör sistemin etkisi ‘x’,
atardamar basıncını arttıran hormonal faktör ‘y’ ve
muhtemel bir kanamanın etkisi de ‘z’ ise, atardamar basıncını
regüle eden unsurlar arasındaki bağıntı “xyz” olacaktır.
Bazı kontrol sistemlerinin faaliyetleri ise
‘sabit bir katsayı ile ilişkili faktörün çarpımı’
şeklindeki bir ayarlama işlemiyle gösterilir. Meselâ,
ekstrasellüler sıvılardaki sodyum konsantrasyonu ‘x’ ve
vücutta sodyum içeren sıvı ortamların toplam hacmi de ‘K’
ise, ekstrasellüler sıvılardaki toplam sodyum miktarı ‘Kx’
çarpımına tekabül eden grafiksel eğriyle anlatım bulur.
Sibernetik açıdan bazı homeostasis
etkinlikleri ‘bir değerin diğerine bölünmesi işlemi’ ile
tasvir edilir. Meselâ, ekstrasellüler sıvılardaki toplam sodyum
miktarı ‘y’, ekstrasellüler sıvı hacmi ‘x’ ise, sodyum
konstrasyonu ‘x/y’ye eşit olur.
Vücut fonksiyonlarının birçoğu, bazı
faktörlerin tesirlerinin yavaş yavaş birikmesi sonucu gerçekleşir.
Bu şekilde, örneğin vücutta aldosteron adlı hormonun miktarının
değişme hızı ‘dA/dt’ diferansiyel denklemiyle izlenebilir. Bu
denklemin grafiksel ifadesi de vücutta belirli bir ‘t’
zamanında mevcut bulunan toplam aldosteron miktarını
gösterecektir. ‘dA/dt’nin integrasyonu aldosteron miktarının
zaman içindeki değişimini gösterir. Eğer ‘dA/dt’ pozitif ise
vücuttaki aldosteronun arttığı, negatif ise azaldığı
anlaşılır.
Sinirsel ve hormonal sistemlerin regüle ve
entegre ettiği tüm faaliyet ve fonksiyonlar böyle basit ve yalın
değildir. Homeostatik etkinliğin kompleksliği arttıkçe, onu
tasvir etmek için kullanılacak sibernetik anlatım modeli de
karmaşıklaşacaktır.
Meselâ ekstrasellüler sıvılardaki glikoz
konsantrasyonu gösteren ‘x’ ile pankreastan salgılanan insülin
miktarını gösteren ‘y’ arasındaki ilişkiler ‘grafiksel
transfer fonksiyonları’ ile betimlenebilirler. Bu çeşitten bir
‘transfer fonsiyonu’nda, düşük glikoz konsantrasyonlarında
hemen hiç insülin salgılanmadığı, yüksek glikoz
konsantarasyonlarında ise insülin salgısının çok büyük
değerlere ulaştığı görülür. Vücutta gerçekleştirilen daha
karmaşık kontrol etkinliklerinin bazıları da ‘cebirsel ve çok
değişkenli transfer fonksiyonları’ ile modellendirilmektedirler.
Buraya kadar incelediğimiz sibernetik
analizlerde, sistemin yapı ve işleyiş özelliklerine göre değişen
farklı yaklaşımlar kullanıldı. Bunlardan vücut sıcaklığını
düzenleyen sistemin analizi bir ‘stabil denge durumu’ analizi
idi. Yani burada, sadece başlangıç şartları ile son durum ele
alınmakta; ancak aralarda yer alan basamaklar ile geçici olaylar
göz ardı edilmekteydi.
Bu tür kontrol sistemleri oldukça büyük bir
hızla işlediğinden, nihai duruma çok kısa bir sürede ulaşılır.
Buna karşılık glikoz kontrol sistemi incelemesinde ise, son
kararlı duruma ulaşılana kadar aradaki tüm basamaklar ve olaylar
tek tek tahlil edilmektedir. Bu tür kontrol sistemlerinin olumlu ve
düzeltici sonuçlarının ortaya çıkabilmesi için ölçülebilir
miktarda olan belirli bir süreye ihtiyaç vardır. Ayrıca telâfi
istikametinde işleyen süreçler, başlangıçtakinin tam tersi
yönde bir sapmaya da neden olabilmektedir. Böyle bir durumda, bu
sapmayı giderecek farklı süreçler devreye girmekte ve bunların
etkisiyle sistem yeniden denge konumuna yönelmektedir. Bu tür
kontrol sistemleri aracılığıyla sağlanan regülasyonlara ise
‘dinamik denge durumu’ denir. Vücuttaki sibernetik kontrol
sistemlerinin çoğu, bu ikinci türden, yani dinamik ve salınımlı
denge durumları sağlamaktadırlar.” 18
Sinir sistemindeki feed-back’ler daha ziyade
“information processing” yani “veri inceleme” faaliyetleri
aracılığıyla gerçekleştirilir. İnsanın sadece beyin
bölgesinde 1010
kadar nöron bulunur. Bunlar arasında sinaps adı verilen
bağlantılar kurulmuştur. Bir sinir hücresinde, sistemin bazı
bölgelerinde tek bir sinaptik bağ bulunabilirken; meselâ, omurilik
ön boynuzundaki bir motor hücrenin sathı, binlerce sinapsla adeta
tamamen kaplanmış durumda olabilir. Beyin hücrelerine ortalama 100
sinaps düşer.
Diğer taraftan herbir beyin hücresinden de,
yaklaşık 100 ayrı nörona sinaptik lif uzanmaktadır. Yani
ortalama 100 in-put halinde aldığı enformasyonu işleyip,
değerlendiren bir nöron bunu, 100 farklı nörona gönderilecek
out-put haline çevirmektedir. Beyinde milyarlarca hücre olduğu göz
önünde bulundurulursa, nöronlar arası enformasyon trafiğinin
nasıl akıl almaz boyutlara ulaştığı anlaşılabilir. Bu
enformatik ağ, saşmaz bir düzenlilikle işlemektedir.
Bir kapalı sistemin out-put’unun, gerisin geriye int-put’u
üzerine bağlanması sureti ile kurulan regülasyon sistemine
“feed-back” mekanizması adı verildiğini, daha önce de
belirtilmişti. Sinir sisteminde, bu şekilde sayısız feed-back
devreleri ile in-putlar ve out-putlar, tekrar tekrar gözden
geçirilerek, kontrol edilmektedir. Bir nöronun lifinden akan
uyarının, durdurucu bir ara nöron üzerinden kendi gövdesi
üzerine bağlanması şeklinde kurulan feed-back devresi ile, lif
üzerindeki iletinin çok fazla yoğunlaştığı durumlarda, ana
nöronun faaliyeti frenlenebilmektedir.
Sibernetik açıdan, en basit bir refleks cevaptan, en
karmaşık şuurlu davranışa kadar her çeşit int-put ve out-put
ilişkisinde bir “karar verme” işleminden bahsedilebilir. Ancak
bu kararlara birbirlerinden farklı mekanizmalarla varılır. Bir
reseptörün eşik seviyesini aşan bir uyarana cevabını, meselâ
gözbebeğinin ışığa karşı olan refleksini ele alırsak, burada
int-put ve out-put ilişkisinde, her yeterli uyarana bir predetermine
cevabın tekabül ettiğini, dolayısı ile kararı, uyaranın eşik
seviyeye ulaşmasının belirlediğini görürüz.
Bebekler, ağızları çevresine yaklaştırılan nesneleri
dudakları ile yakalayıp, emmeye başlarlar. Bu, henüz yeni doğduğu
için hafıza kayıtları bomboş olan, yani annesinin memesini
emmeyi dahi bilmeyen bebeğin beslenmesini mümkün kılan hayati
derecede önemli bir reflekstir. Bu tür davranışlarda, refleks
devresine “genetik hafıza” ile bir de “feed-back”
mekanizması eklenmiştir.
Bu iki karar çeşidinde, cevap önceden
belirlenmiş olduğundan, üst düzey bir “information processing”
sözkonusu değidir. Beynin korteksinde gerçekleştirilen problem
çözme faaliyeti ise, karmaşık bir enformasyon işleme örneğidir.
Buradaki “information processing” hadisesi,
in-putun, “çözümü fayda sağlayan bir problem teşkil edip
etmediği” sorusuna cevap aranması ile başlar. Eğer çözüme
gerek yoksa, işleme son verilir. Eğer int-put, çözümü yararlı
bir problem niteliği taşıyorsa, prosese devam edilir. İkinci
safhayı, problemin çözümü için yeterli verinin mevcut olup,
olmadığı hususunun araştırılması teşkil eder. Yeterli veri
yoksa, yenilerinin bulunup bulunamayacağına bakılır. Eğer yeni
ipuçları bulunamazsa, problem çözülmeden kalır. Yeni verilerin
yeterli olup olmadığı, ayrıca daha başkalarına ihtiyaç bulunup
bulunmadığı da kontrol edilir.
Bundan sonra sıra, çözüme bir algoritma
kurmadan ulaşılıp, ulaşılamayacağının tahkikine gelir.
Meselâ, mevcut problemin bir benzerine ait eski hafıza kayıtlarının
bulunması veya direkt çözüme götüren yeni verilerin temini
durumunda, daha ileri zihinsel işlemler gereksiz hale gelir. Bunlar
sağlanamıyorsa, gerekli algoritma hazırlanmaya başlanarak
çözümü verecek denklem kurulur
ve burada cevap tekrar aranır.
Günümüzde daha çok uygulama ağırlıklı ve bilimler
arası bir disiplin konumunu almış olan sibernetiğin, bilim
çevrelerinde ilk defa sözünün edilmeye başlandığı İkinci
Dünya Savaşı yıllarından bu yana, birçok farklı tanımı
yapılmıştır. Eski Yunanca “kübernetes” ve Lâtince
“gobernase” kelimelerinden kökünü alan ve “sevk ve idare”
manâsına gelen sibernetik terimi, günümüzdekine en yakın
şekliyle ilk olarak, Massachusets Teknoloji Enstitüsü matematik
profesörlerinden N. Weiner’in 1948 yılında yayımladığı
“Cybernetics or Control and Communication in Animal and Machine”
(Sibernetik veya Hayvan ve Makinede Kontrol ve Haberleşme) adlı
kitabında kullanılmıştır.
Weiner bu kitabında, hayvan ve makineyi, yani
canlı ve cansız sistemleri aynı başlık altında ele alıp,
bunların enformasyon işleme ve otomatik kontrol mekanizmalarını
incelemektedir. Sibernetiğin ayrı bir bilim dalı olarak ilk
temelleri; bu kitabın yayımlanmasından beş sene önce, “Bilim
Felsefesi” adlı bir dergide neşredilen “Behavior, Purpose and
Teleology” (Davranış, Amaç ve Gayelilik) isimli bir makalede
atılmıştı. Makaleyi Weiner iki çalışma arkadaşı Rosenblueth
ve Bigelow ile birlikte kaleme almıştı.
Canlılarda mevcut biyolojik düzenlilik konusundaki çalışmaları
ile ünlü olan Cannon, o yıllarda bilimsel metot konusunda
toplantılar düzenlemekte idi. Bu toplantılarda bir araya gelen
matematikçi Weiner ile fizyolog Rosenblueth ve Bigelow; aşırı
uzmanlaşmanın bilim adamlarını birbirinin dilinden anlamaz hale
getirdiğinden yakınarak, bütünleştirici bir bilim anlayışınının
temini için çareler aramakta idiler. Bu sırada İkinci Dünya
Savaşı patlak vermiş, kocaman şehirler hava saldırıları ile
yok edilmeye başlanmıştı. Cannon’un düzenlediği
toplantılardan birinde bu husus ele alındı. Acaba, yeni bir tip
uçaksavar topu yaparak bu şehirleri korumak mümkün olabilir
miydi?
Tartışmalarda “uçağın izleyeceği rota, uçuş yüksekliği,
uçaksavar topunun namlusunun çevrileceği yön, merminin izleyeceği
yörünge” gibi fiziksel ve matematiksel parametrelerin yanı sıra,
“uçağın yanında bir merminin patladığı anda pilotun
yapabileceği şeyler” gibi biyolojik ve psikolojik hususlar da ele
alınmakta idi. Böyle durumlarda acaba pilotlar hangi davranış
örüntüsünü sergilerler? Pilotlar bu davranışlarını düşünüp
taşınarak mı, yoksa otomatik refleksler vasıtası ile mi
gerçekleştirirler?
Prof. Weiner, bazı hareketlerin otomatik olarak ifa edileceği
hususuna özel bir önem veriyor ve bu durumu, matematiksel bir dille
tasvire çalışıyordu. Tartışmalar şu soruda yoğunlaştı:
“Acaba hedefini kendi kendine bulan bir uçaksavar topu yapılabilir
mi?” Biyologlar bu soruyu hemen cevaplandırdılar: Gözü kapalı
bir insanın parmağıyla kendi burnunu bulabilmesi nasıl mümkün
oluyorsa, bir uçaksavar topunun da benzer şekilde hedefini
otomatikman bulabilmesi mümkündür. Yeter ki insandaki bu ayarlama
mekanizması taklit edilebilsin.
Gözümüzü kapatıp, kolumuzu yana açtıktan sonra,
parmağımızı burnumuzun ucuna, gözümüz ile kontrol etmeksizin
getirdiğimizde, bu basit görünüşlü işin aslında ne kadar
komplike ayarlama mekanizmaları ile gerçekleştiğini çoğumuz
düşünmeyiz. Bu manevra sırasında; kolumuzun, elimizin ve
parmağımızın nerede olduğu beynimiz tarafından bilinmekte,
kolumuzun hareketlerindeki sapmalar anında düzeltilmekte; gerekli
adalelere kasılma emirleri gönderilirken, zıt adale grupları da
onların kasıldığı oranda gevşemekte ve sonuçta parmağımız
en kısa yoldan burnumuzun ucuna varmaktadır.
Bombasını atmak üzere gelen bir uçak
düşünelim. Uçağın manevra kabiliyeti iki şeyle sınırlıdır:
1-)
Pilotun reaksiyon zamanı:
Bir insanın, karşısından bir uyarı aldıktan, meselâ kendisine
ateş edildiğini farkettikten veya araba kullanırken yoldaki bir
nesneyi gördükten sonra gereken manevraları yapabilmesi için,
belirli bir zamanın geçmesi gerekir. Buna refrakter devre adı
verilir. 2-) Uçağın
hareket yeteneği:
Uçak, imalât özellikleri ve teknolojisi gereği, ancak belirli
sürat ve serilikteki hareketlere imkân verir. Bu nedenle,
günümüzde erişilen hızda, iki jet uçağının karşı karşıya
gelmelerinden sonra, artık çarpışmaktan kurtulabilmeleri için
gerekli manevrayı yapmaya zaman kalmamaktadır.
Bir uçaksavar topunun bilgi işlem birimine, uçak ve
pilotla ilgili bu türden malûmatın verilmesi ve ayrıca bu
birimin, topun namlusu ile uçağın geliş istikameti arasında kaç
derecelik bir açı bulunduğunu ve top mermisinin hangi hızla
gittiğini “bilmesi” halinde, bu bilgilerin işlenmesi suretiyle
yapılacak otomatik ayarlamalar sonunda hedefin vurulması mümkün
olabilecektir. Bu tıpkı parmağımızı gözümüz kapalıyken
burnumuza değdirmemiz kadar basit görünen, ancak aslında son
derece kompleks olan bir iştir.
Gerçekten de, hareket sistemimizin bu özelliği taklit
edilerek, mermileri hedefini otomatik olarak bulan uçaksavar topları
yapıldı. “Servo mekanizmaları” adı verilen hata düzeltici
sistemleri sayesinde bu toplar, birkaç atıştan sonra hedeflerini
bulup, vurabilmektedirler. Bu sistemin daha da geliştirilmesi ile de
güdümlü bomba robotlar olan V-1 roketleri yapılımıştır.
Benzer şekilde bazı biyolojik faaliyetlerin taklidi sureti
ile bir yandan otomatik olarak çalışan diğer birçok sistemin,
makinelerin, robotların ve bilgisayarların yapılması imkân
dahiline girerken; diğer yandan da benzer kanunların toplum içinde
olduğu kadar, atom bünyesinde ve uçsuz bucaksız kozmosta da
geçerli olduğunun müşahedesi ile bilimlerarası bir disiplin olan
sibernetiğin kurulup, geliştirilmesi mümkün olmuştur.
Sibernetik, canlılar ile kendi kendini otomatik
olarak düzenleyen makinelerde müştereken geçerli olan prensiplere
dayandığından, bir yönüyle, “organize varlıkların
fonksiyonel bilimi” olarak da tanımlanabilir. Organize sistemlerde
ve varlıklarda, bir denge durumu tesis edilir ve bu denge durumu,
bozucu dış tesirlere rağmen muhafaza edilir. Bu bakış açısı
ile canlılar, mükemmel biyo-sibernetik cihazlar ve makinelerdir.
Genelde “makine”, önündeki direnç veya nesnelere karşı
bir güç tatbiki için kullanılabilen her çeşit cihaza verilen
isimdir. Sibernetikte ise makine, transformasyon (hâl veya konum
değiştirme) yeteneğinde olan dinamik sistem manâsına gelir.
Gerek makinelerin, gerekse canlıların
faaliyetleri, birer transformasyon olarak görülebilir: Düğmesine
basılan bir asansörün hareket etmesi, bir insanın yürümesi, bir
uçaksavar topunun ateş etmesi, parmağımızı burnumuza
değdirmemiz, hep birer transformasyondur. Bu bakış açısı ile,
sibernetikte makine yerine “mekanizma” veya “sistem” terimi
tercih edilir. Makine veya mekanizma teriminin kapsamına, klâsik
mekaniğin basit ve kompleks makinelerinin yanı sıra; hücreler,
organlar ve organ sistemleri, bir bütün olarak insan, hayvanlar,
bitkiler, atomlar ve galaktik sistemler de dahil edilebilir.
Kelimeleri ve grameri öğrenip, kullanmamızı mümkün kılan
organlarımız da, bir seri soyut transformasyon vasıtasıyla
iletişime imkân sağladıkları için birer “mekanizma”,
“makine” veya “cihaz” olarak kabul edilebilir.
Organize sistemlerin işleyebilmeleri için, gerek
kendilerinde, gerekse dış ortamda vuku bulan değişikliklerden
haberdar olmaları, bilgi veya enformasyon almaları gerekir.
Sibernetikte enformasyon terimi ile, organize bir sistemde hâl
değişikliğine sebep olan her türlü etken kastedilir. Bir
elektrik zilinin düğmesine basma, enformasyon doğuran bir
faaliyettir.
İnsan için de üzücü veya sevindirici bir
haber, karnının acıkması, havanın ısınması, hep birer
enformasyon transferidir ve herbiri, hitabettikleri sistemlerde hâl
değişikliğine sebep olur. Sibernetikte enformasyon, bilgi veya
mesaj; ölçülebilen, değerlendirilen, mukayese ve hesap edilebilen
bir niceliktir.
Organize sistemler, aldıkları enformasyonla
çeşitli hâl değişiklerine maruz kaldıktan sonra, bir denge
konumuna yönelirler. Bir buhar makinesinde, çeşitli yükler
karşısında buhar girişinin ayarlanarak hızın sabit tutulması;
buzdolabının iç sıcaklığının belirli sınırlar arasında
tespit edilmesi, kanda şeker seviyesinin veya elektrolitlerin sabit
tutulması, hep birer denge tesis faaliyetidir. Organize sistemler
kendi fonksiyonlarının sonuçlarını da kontrol ederler, çünkü
elde edilen sonuçların da onlar üzerinde enformatik tesirleri
vardır.
Bir buzdolabında iç hararetin, insan
organizmasında kan şekeri seviyesinin veya sıcaklık derecesinin,
bir buhar makinesinde hızın mutlaka bilinmesi gerekir. Ancak bu
suretle, elde edilen neticenin, gayeye uygunluk derecesi tahkik
edilerek, varsa hedeften sapmalar düzeltilebilir. Yapılan işin bir
enformasyon olarak gerisin geriye sisteme iletilmesiyle bir feed-back
ağı kurulmuş olur.
Sibernetikte, organize sistemlerin yapıları ile
ilgilenilmez. Bir sibernetikçiyi ilgilendiren, sistemin çalışması
veya fonksiyonudur. Bu bakış açısı ile bir uçaksavar topu ile
parmağını burnuna götüren insan arasında bir ”denklik“
bulunduğu varsayılır. Çünkü her iki durumda da, yapılar çok
farklı olduğu halde, belirli bir şeyin belirli bir hedefe en kısa
yoldan ulaştırılması söz konusudur. Bir “fonksiyonlar bilimi”
olan sibernetikte, yaptıkları işler fonksiyonel açıdan denk
olduğu için aynı çerçevede ele alınabilen sistemlere “homolog
sistemler” adı verilir. Bir sibernetikçinin en önemli faaliyet
sahası da homolog sistemlerin inşaasıdır. Belirli bir sistemin
modeli, yani homoloğu inşa edilirken; yapı bakımından bir
benzerlik aranmaksızın, onunla aynı fonksiyon şemasına sahip bir
başka sistem meydana getirilmeye çalışılır.
Fiziksel bilimlerde varlık ve olayların bizzat kendisi ele
alınırken, sibernetikte daha ziyade, gayeleri incelenir. Hadiseler,
sadece gayelerinin tahakkuku için gerekenleri ortaya çıkarmak
amacı ile müşahede ve tetkik edilir. Buzdolabında bütün
transformasyonların amacı, dolabın iç sıcaklığının belirli
sınırlarda sabit tutulmasıdır. O halde bu hedefe erişmek amacı
ile kurulan geri tepme bağlantıları, sadece bu gayenin nasıl
gerçekleştirildiğinin anlaşılması için ele alınmalıdır.
Yapılarla ile ilgili teferruat, sibernetikçiyi hiç ilgilendirmez.
Yelkenle, kürekle, kömürle veya petrol ürünlerinden biriyle
işleyen gemilerin tamamı, onun için belirli bir yere yük veya
insan taşıma amacı ile kullanılan özdeş birer deniz taşıtıdır.
Geminin ne ile işlediği değil, sadece yükü ile limana varış
durumu ele alındığından, bütün bu gemi çeşitleri, fonksiyonel
bakımdan, gördükleri iş noktasında homolog sistemler sayılır.
Bilinmeyen bir olayın, meselâ bir tabiat hadisesinin çözümünü
arayan bir sibernetikçi veya biyolog, bir “black-box”
problemiyle karşı karşıyadır. O, bu kutunun iç yapısı ile
alâkadar olmayıp, sistemin amacını anlamaya çalışır.
Meselâ, bir geminin kaptan köprüsünde bulunan
ve böyle bir yere hayatında ilk defa gelmiş bir insan düşünün.
Gemi, açık denizde hareketsiz, bu şahıs da kaptan köprüsünde
yalnız başına durmaktadır. Kendisine yardımcı olacak hiç kimse
bulunmadığı için, gemi onun için bir “black-box” problemi
teşkil eder. O anda şahsın karşı karşıya olduğu mesele,
gemiyi sahile veya limana ulaştırmaktan ibarettir. Önünde duran
dümen dolabı ve gemi telgrafı gibi
araçlar da, “black-box”a enformasyon göndermeye imkân sağlayan
ünitelerdir. Dümen dolabı sağa sola
çevrilince, gemi de sağa sola dönmekte; telgrafın kolu ileri
itilince gemi ileriye doğru, geriye çekilince de geriye doğru
hareket etmektedir. Telgraf kolu ne kadar itilir veya çekilirse,
geminin hızı o
derece artmaktadır.
Bunları keşfeden şahıs, kapalı kutuya hangi
türden ve ne miktarda eformasyon gönderince ne gibi karşılıklar
alınacağını; yani, dümen dolabının dönme nispeti ile geminin
istikamet değiştirme derecesi ve telgrafın itilme veya çekilme
miktarı ile hızının değişme oranı arasındaki ilişkiyi
kavramaya çalışacaktır. Diğer bir ifadeyle bu kimse, enformasyon
ile yapılan iş veya “black-box”ın girişi (in-put) ile çıkışı
(out-put) arasındaki ilişkileri araştıracaktır. Neticede şahıs
gemiyi “kullanmayı” öğrenince, “black-box” problemi
çözülmüş olacaktır. Artık o “sistemin dengesini”
(homeostasisini) tesis edebilir, diğer bir deyimle gemiyi hedefe,
yani bir limana ulaştırabilir.
Bu benzetme çerçevesinde gemi yerine, meselâ bir sinir
hücresi ele alınabilir. Sinir hücresi “hep veya hiç”
kanununa tâbidir. Yani, belirli bir eşik değerin altında kalan
dış uyaranlara hiç cevap vermez. Bu eşik değeri aşan
uyaranlara ise, uyaranın şiddetine tabi olmadan hep aynı karşılığı
verir. Demek ki sinir hücresi, giriş ve çıkışı olan, belli
bir iş yapan bir organize sistem, bir “black-box”tır.
Canlılarda birçok karmaşık sistem mevcuttur. Bunlarda tek
tek organize üniteler kendi aralarında bir entegre sistem teşkil
ederler ve bir taraftan kendi çalışmalarını düzenlerken, diğer
taraftan da birbirlerini tanzim ederler. Bu şekilde bütün vücut
için ortak bir denge durumu, bir “süper denge” hâli söz
konusu olur. Buna sibernetikte “ultrastabilite” denir. Bu
ünitelerden herhangi birinin denge durumundaki bir aksama, bütün
sistemi etkiler ve bu da, baştan sona herbiri için bir
reorganizasyonu gerekli kılar.
Sibernetik feed-back mekanizmalarına bir buzdolabı, basit
bir örnek teşkil eder. Buzdolabının başlıca unsurları;
elektrik ile işleyen bir motor, bu motorun çalıştırdığı bir
kompresör ve onun dolaşımını sağladığı soğutucu bir sıvıdan
ibarettir. Soğutucu sıvının devri daimiyle buzdolabının iç
sıcaklığı devamlı düşürülmektedir.
Buzdolabının soğutma derecesini otomatik olarak
ayarlamak için, motora elektrik sağlayan devreye bir termostat
eklenir. Bu basitçe, motora elektrik getiren telin bir ucunun
buzdolabının içindeki bir civalı termometrenin haznesine
batırılması, diğer ucunun da termometrenin (-1) dereceye tekabül
eden kısmına bağlanması sureti ile sağlanabilir. Bu şekilde,
dolabın iç sıcaklığının (-1) derecenin altına düşmesi
durumunda devrenin kesilmesi sureti ile motorun soğutma işlemi
durdurulmuş olur. Dış ortamdan gerçekleşen ısı transferi
neticesi bir müddet sonra dolabın içi ısınacak, civa sütunu da
(-1) derecenin üzerine yükselecektir. Bu durumda motora elektrik
sağlayan devre kapanacağından, soğutma işlemi tekrar
başlatılacaktır. Böylelikle dolabın iç sıcaklığı, belirli
sınırlar içinde sabit tutulmuş olur.
İnsanın vücut sıcaklığı çok daha kompleks bir
sistemle 36ºC civarında sabit tutulmaktadır. Vücudumuzu dışarıdan
ne kadar ısıtırsak ısıtalım; cilt damarlarının genişletilmesi
ve terleme yolu ile ısı kaybı arttırılarak, sıcaklığın daima
36ºC civarında kalması sağlanır. Soğukta ise bir yandan tiroid
salgısının arttırılması ve titreme yolu ile ısı üretimi
arttırılırken, diğer yandan da cilt damarlarının büzülmesi ve
kanın iç organlarda toplanması sureti ile ısı kaybı azaltılır.
Bu arada serinleyebilmek için denize girmemiz, bir vantilâtörün
karşısına geçmemiz veya ısınmak için kat kat giyinip, sobanın
yanına oturmamız neticeyi değiştirmeyecek, eğer hastalanmazsak,
ne yaparsak yapalım, vücut sıcaklığımız 36ºC civarında sabit
kalacaktır.
Buhar makinelerinin hızı da otomatik olarak ayarlanır. Bir buhar
makinesi çalışırken dönen volan, kendisine bağlı bir mili de
döndürmektedir. Milin çevresine iki metal küre asılmıştır.
Mil dönünce bu küreler merkezkaç kuvvetinin etkisi ile yanlara
doğru açılırlar. Bu açılma hareketi, küreleri birbirine
bağlayan bir halkanın yukarı doğru yükselmesine sebep olur.
Halkanın yukarı doğru yükselmesiyle makineye buhar sevkeden valfi
kısılır. Böylece pistona gelen buharın basıncı azalır ve
makinenin dönüşü yavaşlar. Bu yavaşlama, topların mile doğru
yaklaşmaları sonucunu doğurur. Toplar eksene yaklaşınca, onları
birbirine bağlayan halka da aşağı iner. Halkanın aşağı
inmesi, valfin açılmasına ve silindire sevk edilen buharın
tekrar arttırılmasına neden olur. Buna bağlı olarak makinenin
hızlanması ile toplar, yine yana doğru açılır. Sonra,
ortalarındaki halkanın yukarı doğru çekilmesini takiben valfin
kısılması ile de aynı olaylar silsilesi tekrar vuku bulur.
Demek oluyor ki tıpkı buzdolabının sıcaklığını belirli
sınırlarda sabit tutan düzen gibi, buhar makinesinde de bir
mekanizma, hızı belirli değerlerde sabit tutmaktadır. Bir yük
yüklendiğinde makine yavaşlar yavaşlamaz yine aynı şeyler
olacak, bu yavaşlama metal küreler vasıtası ile buhar valfine
bildirilerek, hız arttırılacaktır.
İnsanın “hareket
sistemi”nde, çok daha mükemmel ve
kompleks feed-back mekanizmaları mevcuttur. Daha önce, genel
feed-back mekanizmalarında; sistemden çıkan tepki veya karşılığın
hassas bir dedektör ile ölçüldükten sonra, eğer varsa, hedeften
sapmaların, bir reaktör üzerinden “kontrol edilebilir
faktörler”e iletildiğini görmüştük. Bu örneklerde, sisteme
tesir eden “kontrol edilemeyen etkenler” nedeniyle meydana gelmiş
olan sapmalar, kontrol edilebilen faktörler aracılığıyla
sağlanan uygun tür ve büyüklükteki düzeltici etkilerle
giderilmekteydi.
Hareket sistemimiz, sibernetik bir organizasyon ve işbölümü
içinde faaliyet gösteren 5 ayrı nöral merkez tarafından
yönetilir. En alt düzeyli merkez olan omuriliğin tipik ön boynuz
motor nöronları üzerinde, hareket sistemimizin icra organları
olan adalelerin kasılmasına etkide bulunan birçok nöral devre
sonlanır. Bu nedenle bu bağlantı hattına “son ortak yol” adı
verilir. Deneysel araştırmalarda, bir ön boynuz motor hücresi
üzerinde yaklaşık olarak 5.500 sinaptik sonlanma sayılmıştır.
Omuriliğe başlıca, hiyerarşik olarak kendi üzerinde yer alan 4
ana merkez ile birçok farklı nöral üniteden nöral emirler gelir.
Dizkapağımızın altına vurulmasıyla oluşan otomatik hareketlere
benzer reflekslerden, iradeli ve bilinçli olarak gerçekleştirilen
ince ve hassas hareketler için gerekli olanlara kadar her türden
kasılma emri, nihai olarak omuriliğin ön boynuz motor nöronuna
ulaştırılır.
Nörosibernetik
Ön boynuzdaki herbir nöron, kendine bağlı kas lifi
grubuyla beraber bir “motor birim” teşkil eder. Eğer bu
nörondan uyarı sinyali çıkarsa, ona bağlı adale lifleri
kasılır. Nörondan herhangi bir uyarı gelmemesi halinde ise, kas
lifleri gevşektir. Kaslar kemiklere, tendon ya da kiriş adı
verilen yapılar ile bağlanırlar.
Adalelerin uygun sıra, süre ve miktarda kasılıp,
gevşemeleri suretiyle yürümemiz, oturmamız, kalkmamız,
kağıt-kalem tutmamız veya yazı yazmamız mümkün olur. Elimizde
yokladığımızda, kaslarımızın istirahat halinde bile tam
anlamıyla “gevşek” bir durumda olmayıp, belirli bir gerginlik
düzeyini muhafaza ettiklerini algılarız. Bu durum; vücudumuzun
tabii biçim ve pozisyonunun sağlanmasından, yerçekimine karşı
koymaya ve incelikli ya da dakik hareketlere bir alt yapı
oluşturmaya kadar birçok amaca hizmet eder.
Gerçekte “hareket”, gevşek bir adalenin
kasılması veya kasılmış bir adalenin gevşemesiyle değil;
“belirli kasılma ve gerilme düzeylerindeki pekçok adalenin bu
gerginlik durumlarını gereken sıra ve düzen içinde ve en uygun
ölçülerde değiştirmeleri suretiyle” sağlanan bir
fonksiyondur.
Ön boynuzda yer alan ve kas etkinliklerinin nihai
sorumlusu olan motor hücrelere, başlıca iki farklı kaynaktan
sinirsel uyarılar gelir. Bunlar “hedeften sapmaları ölçen ve
ince ayarlamalar için gerekli enformasyonu sağlayan dedektörler”
ile “bu tür bilgileri farklı düzeylerde değerlendirip, gereken
karar ve emirleri gönderen merkezler halinde organize olmuş
reaktörler”dir.
İlgili reaktörler, sinir sistemi içinde hiyerarşik olarak
omuriliğin üzerinde yer alan 4 farklı merkezi yapıdır. Bu
merkezi yapılar; “beyin sapı”, “bazal ganglionlar”,
“beyincik”, ve “beyin kabuğu” olarak sıralanırlar.
Omurilik motor hücrelerine gelen diğer uyarıların kaynaklarının
da icra organları olan kaslar ile çevrelerinde yer alan ilişkili
yapılardaki dedektörler olduğunu söylemiştik. Kas fonksiyonunun
en iyi şekilde kontrolu; sadece kasın motor nöronlarla uyarılması
suretiyle sağlanamaz. Bunun için ayrıca kasın zaman içindeki
anlık durum değişimlerini ilgili merkezlere bildiren feed-back
enformasyonları da kullanılır.
Bu enformasyon, kasın belirli bir andaki uzunluğu, gerginlik
derecesi ve gerginliğinin değişim hızı gibi parametreleri
kapsar. Gerekli enformasyon, kaslarda ve kasları kemiklere bağlayan
tendon adlı yapılarda çok sayıda bulunan iki grup reseptör
aracılığıyla toplandıktan sonra, sinir sisteminin hareketin
otomasyon ve regülasyonundan sorumlu merkezlerine ulaştırılır.
Bu “alıcı” yapılar, “kas iğcikleri” ve “golgi tendon
organları” olarak isimlendirilirler. Kas iğcikleri çevre
yapılara “paralel” olarak, golgi tendon organları ise “seri”
biçimde bağlanmışlardır.
Kas iğcikleri, esas olarak ait olduğu adale liflerinin
zaman içindeki uzunluk değişimlerini ölçen dedektörler; tendon
organları ise gerginlik düzeyine hassas reseptörlerdir. İğcikler,
çevrelerindeki kaslara “paralel” konumda bağlı olduklarından;
adale kasılınca, iğcik kısalır, adale gerilince iğcik de uzar.
Kas iğcikleri en yoğun olarak, özellikle incelik ve dakiklik
gerektiren hareketleri sağlayan kaslarda; meselâ elin ve
parmakların ince ve küçük adalelerinde bulunurlar. Bu nedenle,
belimizde yer alan kalın ve güçlü kaslardaki iğcik sayısı, el
parmaklarımızdakilerin ancak %2’si kadardır.
Bir kapsülle çevrili olan kas iğciğinin iki ucunda,
kasılma yeteneğine sahip olan özel lifler, orta kısmında ise,
gerilmeye hassas reseptörler ile, omurilik motor nöronuna feed-back
enformasyonlarını taşıyan sinirin mısır püskülüne benzeyen
uç kısmını ihtiva eden bir çekirdek bölümü bulunur. Kas
iğciğinin çekirdek bölümündeki bu dedektörler, bağlı
oldukları adale grubunun uzaması halinde, merkezi sinir sistemine
“gerilme” sinyalleri gönderirler. Kas iğciğinin çekirdek
bölümüne ayrıca, kasılma sinyalleri getiren son derece ince bazı
özel motor sinir lifleri bağlanmıştır. Bu ince sinir liflerinin
gövde kısımları da yine omurilik ön boynuzunda yer alır.
Ayrıntılı incelemelerde, omurilik ön
boynuzlarında yer alan motor nöronların yanında daha küçük
yapılı ikinci bir grup sinir hücresinin bulunduğu görülmüştür.
Bu özel nöronlar, ön boynuzdaki motor hücrelerin takriben %30’unu
teşkil ederler. Bu özel sisteme “gama motor sistem”, bunlardan
ayırt etmek için, asıl motor nöronlara da “alfa motor hücreler”
adı verilir. Gama
motor nöronların temel görevi, bazı hassas hareketlere yönelik
adale kasılmalarına bir “servo kontrol mekanizması” ile
otomatik bir düzenleme sağlamaktır.
Kas iğciklerinin içinde bulunduğu adale grubunun çekilme
veya gerilme nedeniyle uzaması durumunda, iğciğin orta bölümü
de uzar ve bu bölümdeki reseptörlerden, uzamanın derecesi ile
orantılı olarak artan frekansta sinyaller gönderilmeye başlanır.
İğciklerin ait olduğu adale grubunun kasılması ve bundan dolayı
boyunun kısalması halinde ise bu deşarjlar kesilir. Bu şekilde
insanın, yerçekimine karşı bedenini dengeleyerek iki ayağı
üzerinde durmasını ve iradesi ya da şuuru ile kontrol etmeksizin
otomatik bir tarzda yürüyebilmesini mümkün kılan bazı feed-back
devreleri kurulmuş olur.
Bu feed-back sistemi, uzayan kastaki iğciklerin gerginlik
sinyalleri göndermeye başlaması ile faaliyete geçer. Bu
sinyalleri omuriliğe ulaştıran sinir liflerinin hücre kısımları,
omurilik arka kök ganglionlarında bulunur. Bu ganglion hücreleri,
omurilik içine uzanan diğer lifleri vasıtasıyla, gerilmiş olan
adalelerin alfa motor nöronuna direkt olarak, bu adalelerin
karşısındaki kas grubunun alfa motor nöronuna ise, bir durdurucu
ara nöron üzerinden bağlıdır.
Bu devreler sayesinde, meselâ bir bacağımızı
ileri atarken uzayan uyluk kaslarımızdan çıkan iğ cisimciğinin
gönderdiği mesajlarla; ayağımızı yere sıkıca basabilmemiz
için bu adaleler otomatik olarak kasılırken; karşı adale grubu
ise, yine otomatik olarak gevşer. Yerçekimi sebebi ile yere doğru
çekilen kaslarımız da aynı mekanizma ile dengelenerek, yere doğru
çekildikleri oranda, otomatik olarak kasılırlar
Gama motor sinirler, bu feed-back devresini takviye eden bir
“ince ayar” sistemi teşkil ederler. Gama motor nöronların
emirleri sonucu kas iğcikleri, iki uçlarında yer alan özel lifler
vasıtası ile gerilirler. Bu liflerin gücü ve iğcik sayısı
yeterli olmadığından, bu durumda bariz bir adale etkinliği
görülmez. Ancak, iki ucu gerilen iğciğin çekirdek bölümü de
uzayacağından, tıpkı iğciğin bağlı olduğu adale grubunun
gerildiği durumdaki gibi, iğcik merkezindeki reseptörlerden,
omurilik arka kök ganglionlarına gerilme sinyalleri gönderilir.
İğciğin çekirdek bölümü hassaslaşmış olduğundan, bu esnada
bir de bağlı olduğu adale grubu uzatılırsa, gerginlik
reseptörlerinden normal durumdakinden çok daha yüksek frekansta
sinyaller çıkmaya başlar.
Gama motor sistemin faaliyeti, daha ziyade “beyin
korteksi-bazal ganglionlar-beyincik” üçlüsünden inen nöral
devrelerce düzenlenir. Bu yolla uyarılma eşiklerinin düşürülüp,
duyarlılıklarının arttırılması sureti ile, kas iğciklerinin
daha ince ve hassas hareketlerle ilgili refleksleri de koordine
etmeleri sağlanmış olur.
Omurilik ön boynuz alfa motor nöronlarına feed-back
enformasyonu sağlayan ikinci kaynak olan golgi kiriş organları,
adale liflerinin tendona temas eden uç noktalarının yakınlarına
yerleştirilmiş olan üzüm salkımı biçimli reseptörlerdir.
“Paralel” konumlu kas iğciklerinin tersine, tendon organları
çevre yapılara “seri” biçimde bağlanmışlardır. Bu nedenle
adale ve kiriş gerildiğinde onlar da gerilirler.
Golgi tendon organları, diğer görevlerinin yanısıra,
kuvvetle gerilen bir kasın, zıt yönde aniden aşırı olarak
kasılması sonucu yırtılmasını veya bağlı olduğu yerden
kopmasını önlemek için, bir sigorta devresi olarak da fonksiyon
görürler. Belirli sınırlar içinde, uzatıldıkları oranda güçlü
bir refleks kasılma cevabı veren adaleler, bu sınır aşılacak
şekilde uzatıldıklarında, aniden gevşerler. Adalelerin
yırtılmasını önleyen bu reflekse, ters uzama refleksi adı
verilir.
Bu feed-back mekanizmasının reseptörleri, golgi
tendon organlarıdır. Bu koruyucu mekanizmaları devre dışı
bırakılan hayvanlarla yapılan lâboratuar çalışmalarında,
elektrikle uyarma deneylerinden sonra adalelerde yırtılma ve kopma
gibi hasarlara sık sık rastlanması, söz konusu feed-back
bağlantısının ne kadar önemli olduğunu açıkça
göstermektedir.
Guyton, golgi tendon organlarının fonksiyonları hakkında
şunları söyler: “İğciklerle yönetilen bir feed-back
mekanizmasıyla kasların uzunlukları otomatik olarak kontrol
edilirken; tendon organları da kasların gerginliğini ayarlayan bir
servo feed-back mekanizması oluştururlar. Bunun için, kasın
gerginliği çok arttığı zaman, tendon organlarından kaynaklanan
inhibisyonla bu gerginlik normal düzeyine indirilir.
Öte yandan eğer gerginlik çok azalırsa, tendon
organından kaynaklanan bu “engelleyici” impulslar kesilir ve
böylece kasın gerginliği artar. Kas gerginliğini kontrol eden bu
servo feed-back mekanizması şöyle çalışır: Beyinden gelen
sinyaller, omurilikteki bir nöron grubuna iletilerek belirli bir
kas için gerekli olan gerginlik düzeyini bildirir. Bu sinyaller
aynı zamanda alfa motor nöronlara da ulaşıp, ilgili adalenin
kasılmasına neden olur. Kasılma derecesinin beyin tarafından
belirlenen düzeye erişmiş olduğu golgi tendon organı tarafından
tespit edildiğinde, alfa motor nöron faaliyeti otomatik olarak
durdurulur. Böylece kasın daha fazla gerilmesi önlenerek, kasılma
derecesi beyin tarafından tayin edilen seviyeye ayarlanmış olur.
Bu mekanizmanın birçok yararından birisi,
hareketin otomasyon ve regülasyonundan sorumlu nöral merkezlerin;
adaleleri, onların mevcut kasılma derecesine bağlı olmaksızın,
amaca en uygun miktarda kuvvet uygulamalarını mümkün kılacak
şekilde uyarabilmelerine imkân sağlamasıdır. Meselâ, kürek
çekmekte olan bir kişi, küreğin en ileri noktadan en gerideki
noktaya kadar hareket ettirilebilmesi için gereken kuvveti
ayarlayabilir ve tüm yolculuğu boyunca bunu sabit bir şekilde
sürdürebilir. Eğer ilgili feed-back mekanizmaları olmasaydı;
kasların gerginliği, her kürek çekişte aynı kuvveti
sağlayamazdı. Çünkü, kontrolsuz adalelerin boyları değiştikçe,
onların kasılmalarıyla sağlanacak olan kuvvet miktarları da
değişirdi. Hareketin regülasyonunda, muhtemel binlerce farklı
durum ve hedef için, kasların belirli bir uzunlukta tutulmasından
çok, belirli bir gerginlik düzeyini muhafaza etmelerinin sağlanması
önemli ve gereklidir.”
Bu gibi feed-back mekanizmalarıyla sağlanan refleks
cevapların yeterince uzun sürmesi için, omuriliğin bazı
kademelerinde, ön ve arka boynuz hücreleri arasına ek devreler
konmuştur. Bu devreler sayesinde, tek bir uyaran ile yeterince devam
eden bir motor nöron aktivitesi ve dolayısı ile de kâfi süreli
bir adale kasılması cevabı temin edilir. Duysal nörondan gelen
uyaran, bu kapalı devrede sönene kadar dolaşarak, motor nöronu
tekrar tekrar uyarır.
Omurilik, merkezi sinir sisteminin, hareket ve dengenin
düzenlenmesinden sorumlu en alt düzeyli ünitesi olup, daha çok;
veri ve bilgi toplama, bunları diğer merkezlere ulaştırma ve
onlardan gelen komutları icra etme gibi görevler yapar. Bazal
ganglionlar, beyincik ve korteks üçlüsü ise; “üst düzeyi”
merkezlerdir.
Anatomik olarak omuriliğin karmaşık bir
uzantısı gibi görünen beyin sapı, hem yerleşim şekli
itibaryla, hem de hareket ve dengeyle ilgili faaliyetleri bakımından
bu alt ve üst düzeyli merkezleri birleştiren bir “ara ünite”
konumundadır. Beyin sapı özellikle “retiküler formasyon” ve
“vestibüler sistem” gibi kısımları aracılığıyla, vücudun
yer çekimine karşı dengelenmesi ve göz küresine bağlı olanlar
başta olmak üzere bazı kasların otomatik hareketlerinin kontrolu
gibi fonksiyonları yönetmekten sorumlu birçok nöral devre ve
merkez içerir.
Retiküler formasyon veya diğer adıyla retiküler
aktivasyon sistemi (RAS), bu kitabın üçüncü bölümünde de
değinildiği gibi, omuriliğin üst kısımlarından başlayıp, tüm
beyin sapı boyunca devam eden bir nöral ağdır. RAS’ni teşkil
eden nöronların büyük bir kısmının lifleri ikiye ayrıldıktan
sonra, bunların bir dalı aşağıya, omuriliğe inerek boyun, omuz,
kol, bel ve vücudun diğer bölümlerinin kas hareketlerine katkıda
bulunurlarken, diğer dal ise üst merkezlerle bağlantılar kurar.
RAS nöronlarının çoğu, beyin sapı boyunca
homojen olarak dağılmış durumdadır. Geriye kalanlar ise bazı
nukleuslar oluşturacak şekilde kümelenmişlerdir. “Stereotipik
hareketler” denen ve genetik olarak önceden programlanmış olan
bazı otomatik hareketler, bu nukleuslar tarafından yönetilirler.
Beyin sapının üzerinde yer alan kontrol merkezleri tamamen hasara
uğrayan kişilerde veya bu gibi merkezleri embriyolojik gelişim
süreci içinde aksamış olarak doğan “anensefalik” bebeklerde
yapılan gözlemler; gövdenin öne-arkaya eğilmesi, gerilme veya
sağa-sola dönme gibi bazı beden ve baş hareketlerinin RAS’nin
beyin sapındaki çekirdekleri tarafından otomatik olarak
gerçekleştirildikleri ortaya konmuştur.
RAS nukleusları, vücudumuzun dengesinin
özellikle yerçekimine karşı global olarak korunması için, uygun
kasların önceden programlanmış uyarı örüntüleri çerçevesinde
kasılıp, gevşemelerini sağlar. Böylece oturup, kalkarken veya
yürüyüp, koşarken dengemizin korunmasını sağlayan daha
karmaşık yapılı üst merkezlere yardımcı olurlar.
RAS bunun için, kendi çekirdeklerinden omurilik ön boynuz
motor hücrelerine sinyaller gönderdiği gibi, sinir sisteminin daha
üst merkezlerinden gelen çeşitli uyarıları toplayıp,
değerlendiren bir ara istasyon olarak da faaliyet gösterir. Ancak
bu aracılık faaliyetinin tek istisnası, motor korteksten gelen ve
ellerle parmakların ustalık ve beceri gerektiren bilinçli, iradeli
ve hassas hareketlerini düzenleyen sinirsel emirlerdir. Bu tür
sinyaller, RAS’ne hiç uğramadan, doğrudan omuriliğin ilgili
motor nöronuna ulaştırılır.
Beyin sapında yer alan hareket ve denge ile ilgili ikinci
yapı, vestibüler sistemin merkezi olan “vestibüler nukleus”tur.
Sistemin reseptör ve dedektörleri ise, şakak kemiklerinin içindeki
sarmal biçimli organda bulunurlar. Reseptörler aracılığıyla
toplanan enformasyon, vestibüler sinire ait liflerle sistemin
nukleusuna getirilir. Burada ilk değerlendirmeleri ve yorumu yapılan
veriler, hızla beyincik başta olmak üzere üst nöral merkezlere
ve diğer ilgili birimlere ulaştırılır.
Vestibüler sistemin temel fonksiyonu, özellikle
başın hareketleriyle vücudun ağırlık merkezinde meydana gelen
değişimleri an ve an izleyerek yerçekimine karşı bir bütün
olarak vücut dengesini koruyacak ve devam ettirecek kasların
gerginliklerini otomatik olarak ayarlamaktır. Bu kaslar daha çok
bel bölgesinde bulunurlar. Yine bu amaçla kol ve bacakların;
ayrıca görüntü netliği için de göz kürelerinin vücut
pozisyonundaki değişmelere eşgüdüm ve uyumlarının sağlanması
da vestibüler sistem aracılığıyla yerine getirilen
faaliyetlerdendir.
Vestibüler organın hareket ve denge dedektörleri, organın
bazı kısımlarında reseptör birimleri teşkil edecek şekilde bir
araya gelip, yoğunlaşmış olan “kıl hücreleri” ve
çevrelerinde yer alan ilişkili yapılardan oluşur. Herbir kıl
hücresinin vestibüler organın ortasındaki kanala bakan iç yüzü,
sayıları ortalama 50 kadar olan ince tüğcük veya fırçamsı
uzantı ile kaplıdır. Hücrenin bu yüzüne ait kenarların birinde
de kalınca bir çıkıntı bulunur. Kıl hücresinin vestibüler
organı dıştan çevreleyen memrana bakan dış yüzü ise,
vestibüler sinire ait bir lif ile bağlantı halindedir.
Bazı kıl hücreleri istirahat halinde bile polarize, yani
kutuplanmış bir durumda olduklarından, bu reseptörlerden hiç
kesintisiz bir şekilde saniyede ortalama 200 frekanslı bir aksiyon
akımı yayılır. Başın hareketine ve yer değiştirmesine bağlı
olarak, kıl hücrelerinin üzerlerindeki ince fırçamsı uzantılar,
kalın çıkıntının bulunduğu yöne doğru kıvrılıp
eğildiğinde, daha çok sayıda kıl hücresi depolarize olur ve
vestibüler sinir lifi boyunca yayılan impuls yoğunluğu artar. Bu
ince fırçamsı uzantıların zıt yönde eğilmeleri durumunda ise
kıl hücreleri hiperpolarize olarak uyarılmaya karşı dirençli
hale geçerler. Bu durumda ise impuls yoğunluğu azalır.
Kıl hücrelerinin yüzeyindeki uzantı ve çıkıntılar,
koyu kıvamlı jelatinimsi bir madde tabakasının içine doğru
uzanırlar. Bu tabakanın içinde ayrıca, serbestçe yüzebilen
kalsiyum karbonat kristallerinden ibaret küçük kürecikler de
bulunurlar. Özgül ağırlıkları, içinde yüzdükleri jelatinimsi
materyalden daha yüksek olduğu için, bu küreler, kişi
hareketsiz durduğu sürece, bu tabakanın zemininde yer alan kıl
hücrelerine ait fırçamsı çıkıntıların üzerine çökelme
eğilimindedirler. Ancak şahıs hareket edince, kalsiyum karbonat
küreleri önce, jelatinimsi materyalin içine karışır ve sonra
tekrar çökelmeye başlarlar. Bu çökelme sırasında,
üzerlerindeki çıkıntıları iterek eğmek suretiyle kıl
hücrelerini uyarırlar.
Vestibüler organın ortasındaki boşluk ise endolenfa adı
verilen su kıvamındaki başka bir sıvı ile doludur. Başın daha
hızlı ve büyük ölçekli hareketlerinde bu sıvı, jelatinimsi
tabakayı bir bütün olarak kitlesel bir şekilde itip, sarsarak
bağlantılı kıl hücrelerinin daha şiddetli bir şekilde
uyarılmalarına neden olur.
Vestibüler organ beş ana parçadan oluşur. Bu parçaların
genel yapı plânı; içi sıvı dolu bir zardan müteşekkil tüpler
ve küremsi oluşumlar şeklindedir. Tüpler, üç adet yarım daire
biçimli kanal meydana getirirken; bu kanalların ikişer ucuyla
kaynaşmış durumdaki yuvarlak biçimli birinci oluşuma
“utrikulus” ve ona komşu durumda olan ikinci küremsi yapıya da
“sakulus” adı verilir. Vestibüler sistemin özellikle başın
statik konumuna ve ivmeli hareketlerine duyarlı reseptörleri, bu
beş parçanın bazı bölümlerine yerleşmiş durumdadırlar.
Yarım daire kanalları, uzayın temel boyutlarını temsil
eden ve aralarında dik açı bulunan üç farklı düzlem üzerinde
yer alırlar. Bu kanalların ampulla bölümündeki denge ve konum
reseptörleri, özellikle başın “açısal ivmeli hareketlerine”
duyarlıdırlar.
Yarım daire kanalları, baş harekete geçerken
bir “pozitif”, hareket sona erdiğinde ise bir “negatif”
uyarı sinyali gönderir. Deneysel olarak yarım daire kanallarını
uyarmaya yetecek minimum açısal ivmenin saniyede 1 derece kadar
olduğu gösterilmiştir. Kişinin kafası hareket etmeye
başladığında, yarım daire kanallarının içini dolduran
endolenfa sıvısı, önce, “eylemsizlik” (inertia) nedeniyle
yerinde kalma eğilimi gösterir ve başın hareketine paralel olarak
yer değiştiren reseptör tabakasını geri iter.
Hareketin başlamasından 15-20 saniye sonra,
endolenfa da artık başın bütününün yer değiştirmesine
iştirak etmiş olur. Bu sıvının itmesinden kurtulan jelatinöz
tabaka da normal pozisyonuna döner ve kıl hücreleri istirahat
konumunu alır. Bu nedenle yarım daire kanalları ivmeli
hareketlerde sürekli sinyaller yayarken, sabit hızlı hareketlere
belirgin tepki vermezler. Başın hareketi sona erdiği anda, yarım
daire kanallarının içindeki sıvı, eylemsizlik momenti ile
hareketini dürdürme eğilimi göstereceği için, duran reseptör
tabakasını yine iter ve kıl hücrelerini kısa bir süre uyarır.
Her yarım daire kanalı ayrı bir düzlem
üzerinde yer aldığı için, başın mekanın her doğrultusundaki
hareketi sırasında ayrı bir kanaldan farklı bir sinyal örüntüsü
doğar. Bu enformasyonu değerlendiren üst nöral merkezler,
özellikle de beyincik, hareketin yönünü ve hızını
belirleyerek; gövde, kol ve bacakların pozisyonları ile göz
kürelerinin hareketlerinde gerekli düzenlemeleri otomatik olarak
yaptırırabilir..
Hareketlerin ve dengenin otomasyonunda beyinciğin özel bir
yeri ve önemi vardır. Ancak, beyinciğin bu fonksiyon için ihtiyaç
duyduğu enformatif desteğin önemli bir kısmını vestibüler
sistem aracılığıyla sağladığını gösteren birçok deneysel
veri ve bulgu mevcuttur. Bu olguya “dengenin korunmasında yarım
daire kanallarının önceden sezme fonksiyonu” denir. Özellikle
hızlı ve karmaşık hareketler sırasında, yarım daire kanalları
hastalık nedeniyle faaliyet göstermeyen kişilerin dengeleri çok
ciddi ve tehlikeli bir şekilde bozulmaktadır.
Yarım daire kanalları fonksiyon görmeyen
hastalar, hızla ileri doğru hareket ederlerken aniden sağ veya sol
taraflarına dönmeleri gerektiğinde, ilgili nöral merkezleri
yeterince önceden gereken otomatik düzeltme ve dengeleme
tedbirlerini alamadığı için, yaklaşık 1 saniye kadarlık bir
süre içinde yere düşerler. Normal kişilerde, yarım daire
kanalları, henüz yan tarafa dönüşle ilgili ilk kas hareketi bile
başlamadan, üst nöral merkezleri uyararak denge koruyucu
önlemlerin alınmasına imkân sağlarlar.
Vestibüler organın yarım daire kanalları
dışındaki diğer iki parçasından utrikulustaki reseptörler
“yatay”, sakulustaki reseptörler ise “düşey” konumda
bulunurlar. Bu reseptörler, farklı doğrultulara yönelmiş bir
konumda olmaları sayesinde, başın tüm yönlerdeki pozisyon
değişikliklerini belirleyebilirler.
Utrikulustaki reseptörler özellikle başın,
düşey ekseni çevresindeki konum değişmelerine hassastır. Bu
reseptörler, başın düşey eksenden yarım derecelik sapmalarını
bile derhal belirleyip, ilgli merkezleri durumdan haberdar ederler.
Doğrusal ivmeli hareketlere de duyarlı olan utrikulus reseptörleri,
ani hareketlerde vücut dengesinin korunması için gerekli
tedbirlerin alınmasında kullanılacak enformasyonu toplarlar.
Meselâ, biri tarafından aniden geriye itilen bir
kişinin vücudu arkaya doğru ivmeli bir hareket yapaken,
utrikulustaki kıl hücrelerinin fırçamsı uzantılarına bağlı
olan jelatinöz dedektör kitlesi, çevresindeki endolenfadan daha
büyük bir eylemsizlik kütlesine sahip olması nedeniyle bir süre
eski konumunda kalır ve bu arada geriye doğru harekete geçmiş
olan bu sıvı tarafından itilir. Bu şekilde uyarılan kıl
hücreleri, hemen ilgili merkezlere “Denge kaybolmak üzere !”
anlamına gelen bir sinyal örüntüsü gönderirler. Onlar da,
hiçbir bilinçli düşünme ve karar işlemine ihtiyaç duymaksızın,
derhal otomatik olarak, başlamış olan geriye doğru devrilme
hareketini durdurup, dengeleyecek kas hareketlerini
gerçekleştirirler. Utrikulus reseptörleri tekrar başlangıçtaki
konumlarını alana dek bu dengeleme hareketleri devam eder.
Sakulus ve utrikulus reseptörlerinin koordine ettiği
fonksiyonlardan bir diğeri de, yüksek yerlerden inmekte olan
kişilerin bacaklarındaki kasların gerginliğini, ayağın yere
temas ettiği anda oluşacak zıt yönlü kuvvetlere karşı vücudun
dengesini koruyacak şekilde ayarlamaktır. Vestibüler organları
zarar görmüş kişler, engebeli yollarda yürürken veya otobüsten
inerken sık sık bacaklarını incitir, bazen de ciddi şekilde
sakatlarlar.
Beyin sapının üzerindeki bölgede; birçok nöronun gövde
kısımlarının bir araya gelip, yoğun bir şekilde
gruplaşmalarıyla oluşan çekirdek, nukleus veya ganglion denen
yapılardan beş tanesi; hareketin kontroluyla ilgili devrelere ve
fonsiyonlara sahiptir. Bazal ganlionlar adı verilen bu nukleus
kompleksi, hem motor denetim hem de duysal aktivitelerin yönetimi
hususunda çevredeki talamus gibi ara merkezler ve beyin korteksi ile
işbirliği içinde önemli görevler yapar.
Bazal ganglionlar, hem korteks hem de beyin sapı yönünde
engelleyici ve durdurucu sinyaller gönderirler. Deneysel
çalışmalarda bazal ganglionların elektrikle uyarılması, tüm
vücutta kasların gerginliğini azaltır ve onları gevşetir.
Bazal ganglionları tahrip edilen deney
hayvanlarının bütün kasları aşırı bir şekilde gerilir ve
sertleşir. Beyin sapından gerek korteks, gerekse beyin sapı
yönüne gönderilen tüm sinyallerin ana çıkış kapısı, “globus
pallidus” adı verilen parçadır. Yürümekte olan deney
hayvanlarının globus pallidusları elektriksel olarak
uyarıldığında, hayvan adeta donmuş gibi hareketsiz ve sabit
kalır ve uyarı devam ettiği sürece hayvanlar durumlarını
değiştiremezler.
Beyin etkinliklerini izleme ve görüntüleme teknikleriyle
yapılan araştırmalarda, vücudun değişik bölümlerindeki kas
aktiviteleri sırasında, beyin kabuğunun motor alanlarından önce,
bazal ganglionlar ve beyincikte çeşitli uyarılma belirtilerinin
başladığı ortaya konmuştur. Bu etkinlikten, muhtemelen irade,
bilinç ve düşünme gibi entelektüel fonksiyonlara aracılık eden
kortikal asosiasyon alanları sorumludur.
Benzer veri ve bulgular, bazal ganglionların esas
görevlerinin, beyincik ile beraber, motor korteksin hareket kontrolu
ve yönetimiyle ilgili plânlama ve icraatlarına destek sağlamak
olduğunu gösterir. Meselâ, parmağımızı burnumuzun ucuna
değdirmek üzere hızla harekete geçirdiğimizde, bazal ganglionlar
bu eylemi genel ve global bir şekilde başlatan tüm kaslara
hazırlayıcı sinyaller gönderirken, beyincik ise hareketin ince
ayarı ve hedefe en uygun şekilde ulaşılabilmesi için gereken
düzenlemeleri yaparlar.
Beyincik, beyin sapının arkasında yer alan ve kabaca
beynin küçültülmüş bir modeline benzeyen bir organdır.
Beyincik, sinir sisteminin zirvesindeki yapı olan beyin korteksi
adına, tüm hareketlerin genel koordinasyon ve regülasyonundan
sorumlu nöral merkez olarak faaliyet gösterir. Bu organ, özellikle
koşma, daktiloda yazı yazma veya piyano çalma gibi hızlı ve
ritmik kas hareketleriyle gerçekleştirilen etkinliklerde çok
önemli rol oynar. Beyincikleri tahrip olmuş hastalarda kasların
mutlak fonksiyon kaybı ya da felç gibi bir belirti görülmese de,
hızlı ve ritmik hareketlerin koordinasyonu hemen hemen bütünüyle
kaybolur.
Elektrikle uyarma deneylerinde beyincik üzerinden belirgin
bir kas hareketi oluşturulamaz. Bu tür bulgular, beyinciğin
doğrudan kasları harekete geçiren birincil sinyaller doğurmadığını
gösterir. Buna rağmen, beyincik hasarı, özellikle kompleks ve
hızlı hareketleri imkânsız hale getirmektedir. Çünkü beyincik,
tüm adalelerin kasılma faaliyetlerinin zamanlaması, devam süresi
ve kasılma derecesinin ayarlanması ile eşgüdümünden sorumludur.
Beyincik, motor aktivitelerin kortekste plânmasına yardım ettiği
gibi, beynin farklı kısımları tarafından başlatılan kas
hareketlerine de düzeltici müdahalelerde bulunabilmektedir.
Beyincik, beyin korteksinin asosiasyon ve motor alanlarından
aldığı plânlama ve icraat etkinliklerine ait haberlere paralel
olarak, alt merkezlerden de kas hareketlerinin aktüel durumları ve
nihai hedefleri hakkındaki en son bilgileri alır. Aynı zamanda an
ve an tüm vücut kısımlarının durumu, pozisyonu, hareket hızı
ve üzerlerine etkiyen kuvvetler hakkında da enformasyon toplar. Bu
enformasyonu değerlendirdikten sonra; “motor sistemin amaçları”
ile “icra organlarının halihazırdaki reel durumlarını”
karşılaştırmak suretiyle ilgili kaslara sürekli olarak gerekli
düzeltici sinyalleri gönderir.
Özellikle ritmik ve kompleks hareketler
esnasında, bu kontrol ve ayarlama işlemleri için yeterli miktarda
ve çok süratli bir bilgi akışı gerektiği için, beyincikle, alt
ve üst düzeyli tüm reseptör, dedektör ve icra merkezleri
arasında yüksek kapasiteli, hızlı ve çift yönlü nöral hatlar
tesis edilmiştir. Bu hatlar sayesinde beyinciğin; hangi düzeyden
kaynaklanırsa kaynaklansın; plânlanmalarından icralarının
tamamlanmasına kadar hareket ve dengeyle ilgili bütün
aktivitelerin tüm safhalarından anında haberdar olması ve
gerektiğinde müdahalesi mümkün olur. Beyincik tek başına
herhangi bir hareketi başlatmasa da, omurilikten vestibüle apareye,
bazal ganglionlardan motor kortekse kadar tüm merkezlerin
etkinliklerini koordine eder.
Beyincikleri zarar gören hastalar yavaş hareketler
sırasında koruyabildikleri dengelerini hızlı ve karmaşık
hareketler yaparken kaybederler. Denge kontrolunun en önemli sorunu,
vücudun çeşitli kısımlarının pozisyon, kas gerginliği, yer
değiştirme hızı ve benzeri özelliklerine ait enformasyonun beyne
ulaşması için geçen zamandır.
Sinyalleri en hızlı ileten duysal yollarda bile,
ayaktan kaynaklanan bir impulsun beyne ulaştırılması yaklaşık
15-20 saniye sürer. Hızla koşmakta olan bir şahıs, bu süre
içinde 25 cm kadar yol alır. Bu nedenle çok hızlı hareketler
sırasında beynin tüm vücut kısımlarının kesin konum ve
durumlarını an ve an hiç gecikmesiz olarak bilmesi mümkün
değildir.
Bu sorun, uygun nöral devrelerle donatılmış olan
beyinciğin; vücudun değişik kısımlarına ait konum, hız,
hareket yönü ve benzeri parametrelere ait enformasyonu irdeledikten
sonra, bunların 15-20 saniye sonra alacakları değerleri
“kestirmesi” suretiyle çözülür. Beyinciğin duysal ve kinetik
tahmin kapasitesi, beyin sapında yer alan oluşumlardan çok daha
yüksektir. Kortikal motor asosiasyon ve kontrol sistemi, beyinciğe
plânlanmakta olan hareketlerin amaç ve nihai hedefleriyle ilgili
bilgileri gönderir. Beyincik, icra organları olan kaslardan,
eklemlerden ve ilgili yapılardan almakta olduğu enformasyonu derhal
bu bilgilerle karşılaştırarak, aralarında gereken uygunluğun
bulunup bulunmadığını belirler.
Hızlı motor aktiviteler sırasında motor korteks,
amaçlanan hareketi sağlamak için, genellikle gerekli olandan çok
daha fazla miktarda uyaran gönderir. Bu durumu düzeltmek için,
sahip olduğu feed-back devreleri aracılığıyla beyinciğin,
ilgili kas harekete geçtikten uygun bir süre sonra, motor korteksi
yavaşlatması gerekir. Bunun için beyincik; önce konum, hız,
ağırlık ve yön gibi fiziksel parametreleri değerlendirerek
amaçlanan noktaya ne zaman ulaşılacağını hesaplar. Sonra bu
neticelere göre, harekete zıt ve aynı yöndeki ilgili kas
gruplarına; onları uygun bir sıra, şiddet ve ve sürede uyaracak
veya engelleyecek sinyaller göndermek suretiyle amacın
gerçekleşmesini sağlar. Farklı yön, süre ve şiddetteki bu
sayısız uyarma ve baskılama komutlarının korteks tarafından
bilinçli olarak ve tek tek düşünülerek verilmesi hem çok zaman
alıcı, hem de pratik olarak imkânsız denecek kadar zordur.
Bu işi zorlaştıran nedenlerden biri, vücuttaki tüm kas
etkinliklerinin fiziksel açıdan bir “sarkaç veya pandül”
salınımı hareketi olmasıdır. Meselâ, kol hareket ettirilirken,
bir salınım momenti gelişir.Bu hareketin durdurulması için bu
momentumun sıfırlanması gerekir. Ayrıca, tüm pandüler
hareketler belirli bir süre sonra “hedefi aşma eğilimi”
gösterirler. Beyincik, kolu amaçlanan noktaya getirmek üzere, ters
yönlü bir başka pandüler hareket başlatır.
Beyincikleri hasar görmüş hastalarda, işi tek
başına yürütmeye çalışan korteksin komutlarıyla kol, istenen
noktada durana dek, ileri-geri birçok salınım hareketi yapar.
Normal kişilerde ise beyincik, çok hızlı sinyal ileten bilinçdışı
kanallar üzerinden, hareketi hedeflenen noktada durduracak uygun
“söndürme” impulsları gönderir. Bu söndürme işlemi,
hareketlerin otomasyon ve regülasyonundan sorumlu sistemlerin temel
unsurudur.
Daktiloda on parmakla yazı yazan bir kişinin hareketleri
türünden etkinlikler o kadar hızlı gerçekleştirilirler ki,
ilgili yapılardan merkezi sinir sistemine feed-back enformasyonunun
gözardı edilebilir düzeydeki bir gecikmeyle ulaştırılabilmesi
mümkün olmaz. Bu gibi kas faaliyetlerine “balistik hareketler”
denir. Terim; “söz konusu tüm hareketlerin belirli bir mesafeye
ulaşmak üzere başlatılıp, istenen noktaya erişilince de
otomatik olarak durdurulmasının plânlanmış olması” anlamına
gelir.
Beyincikleri ameliyatla çıkarılmış deneklerde bu gibi
hareketlerin incelenmesi, bu organın fonksiyonlarının daha iyi
anlaşılmasına yardım eder. Bu operasyondan sonra hastalarda ilk
göze çarpan sorun; balistik türden hareketlerin başlangıcında
yaşadıkları zorluktur. Hastalar bu tür hareketlere çok daha güç
ve yavaş başlarlar.
İkinci olarak, hareketin uygun noktaya kadar
sürdürülüp, amaca ulaşıldığında durdurulması da artık
mümkün olamamaktadır. Beyincik bağlantılarını yitiren motor
korteks, balistik hareketin plânlanmasından gerçekleştirilmesine
kadar her basamakta çok fazla sayıda bilinçli düşünme işlemi
gerçekleştirmek zorunda kaldığı ve bu süreçler, otomatik
olanlardan çok daha uzun sürdüğü için, fazladan bir zamana
ihtiyaç duyar. Başka bir ifadeyle bu, balistik otomatizmin
yitirilmesi demektir.
Normal şartlarda beyincik; hareketlerin kontrol ve
rügülasyonunda beyin korteksiyle sıkı bir işbirliği içinde
çalışır. Bu işbirliği, özellikle birbirini izleyen hızlı ve
seri hareketlerin “plânlanması” ve “zamanlanması”
husularında önem taşır.
Hızlı ardışık hareketlerin plânlanması, beynin
premotor ve duysal alanlarından beyinciğe kadar uzanan geniş bir
bölgede gerçekleştirilir. Bu alanlarla bazal ganglionlar arasında
da çift yönlü bağlantı hatları vardır. Kortekste başlayan
harekat plânı, anında beyinciğe ve bazal ganglionlara da
iletilir. Bir hareketten diğerine hızlı ve uygun bir şekilde
geçilebilmesi, bu üç yapı arasında mevcut çift yönlü
kanallardan yoğun ve süratli bir iletişim gerektirir.
Bu mekanizmanın işleyişi, bir hareket daha
henüz yeni başlatılırken, beyincikteki birçok nöronda onu
izleyecek olan bir sonraki hareketin elektriksel modellerinin
hazılanmakta olduğunun uygun deneysel düzeneklerle gösterilmesi
suretiyle ortaya konabilir. Bu bağlantılar sayesinde, beyincik,
belirli bir anda icra edilmekte olan bir hareketin izlenmesini kendi
altındaki merkezlere havale edip, daha sonraki basamakların
koordinasyon plânlarıyla meşgul olma imkânını bulmuş olur.
Beyinciğin ardışık hareketlerin “zamanlama”
fonksiyonunun önemi ve değeri, bu organları hasara uğramış olan
hastalarda kendisini çok dramatik bir tarzda gösterir. Böyle
kişiler, vücutlarının hareket halindeki değişik kısımlarının,
belirli bir zaman dilimi içinde ne kadar yer değiştirmiş
olacağını tahmin kestiremediklerinden, bir sonraki harketi ne
zaman başlatmaları gerektiğini de doğru olarak tahmin edemezler.
Bu hastalar, seri ve hızlı faaliyetler sırasında
el ya da ayaklarını çok erken veya çok geç uzatıp, çektikleri
için, amaçlı hareket yeteneklerini ve dengelerini kaybederler.
Beyincik lezyonları; yazı yazma, konuşma ve koşma gibi kompleks
etkinliklerde koordinasyonun tamamen bozulmasına yol açtığı
için, hastalar söz konusu faaliyetin ardışık basamaklarında,
bir safhadan diğerine uygun zamanda ve biçimde geçemezler.
Tüm vücut kısımları, beyincik üzerinde de nokta nokta
temsil edilirler. Böylece beyincik üzerinde tüm bedenin belirli
oranlar ve ölçeklerde yer aldığı topoğrafik bir izdüşümü
oluşur. Bu izdüşüm noktalarına, vücudun ilgili kısımlarında
bulunan reseptörlerinden lifler gelir. Ayrıca buralardan da motor
korteks, bazal ganglionlar ve vestibüler yapılarda bulunan benzer
temsil alanlarına sinyaller taşıyan hatlar gider.
Deneysel olarak, beyincikleri üzerindeki “baş
bölgesini” temsil eden alan kesilerek çıkarılmış olan
maymunlar, bir koridor içinde koşarlarken, bu yolun sonundaki
duvara ne zaman ulaşacaklarını “kestirme” yeteneklerini
kaybetmiş oldukları için, genellikle o duvara çarparlar.
Omurilik ön boynuz motor hücrelerine bağlanmış olan
hareketin yönetimiyle ilgili devrelerin bu alanda çalışan bilim
adamların tarafından iki büyük gruba ayrılması artık gelenek
olmuştur. Bu ayrım, bilimsel ve klinik araştırmalar ile
çalışmalarda birçok yararlar sağlar. Bu devrelerin birini, temel
yapısal unsurlarını ve fonsiyonel özelliklerini incelemiş
olduğumuz ekstrapiramidal sistem teşkil eder. Beyin kabuğunun
hareketin idaresinden sorumlu bölgelerinden kaynaklanan ve sinir
sistemin en üst düzeyinden başlayıp en alt seviyesine kadar inen
ikinci devreyi ise “piramidal sistem” oluşturur.
Dışarıdan bakıldığında beynimiz, kafatası boşluğunun
iki tarafına yerleştirilmiş birer yarım küre ve bunların
irtibatını sağlayan bir orta bölümden ibaret görülür. Beyin
yarıkürelerinin üzerinde bazı kıvrımlar ile bu kıvrımların
arasında oluklar bulunur. Dikkatle incelendiğinde bu kıvrım ve
olukların belirli bir düzen içinde sıralanarak, her iki
yarıkürede bazı simetrik alanlarlar teşkil ettikleri görülür.
İki ana oluk, beyin yarıküresini; ön, arka ve şakak
kısımlarından üç ana parçaya böler.
Yarıkürelerin ortasında, yukarıdan aşağıya doğru
uzanan merkezi oluğun önünde ve arkasında yer alan korteks
kıvrımlarında da beyincikte olduğu gibi bedenimizin bir
izdüşümsel modeli yer alır. Bu olgu, deney hayvanlarında ve
beyin ameliyatı için kafatasları açılmış hastalarda yapılan
“elektrotlar aracılığıyla uyarma” çalışmaları sonunda
elde edilen bulgulara dayanılarak ortaya konmuştur.
Uygun voltajda elektrik akımı ile merkezi oluğun
önünde kalan kıvrım, nokta nokta uyarıldığında, bedenin
ilgili yarısında bazı hareketler olmakta; meselâ, şahıs
parmağını oynatmakta, kolunu kaldırmakta, bacağını çekmekte;
merkezi oluğun arkasındaki kıvrımda bunlara tekabül eden
noktaların uyarılması halinde ise, aynı beden bölgelerinde
“batma, karıncalanma veya benzeri” duyumlar hissedilmektedir.
Bu tür deneylerle, merkezi oluğun arkasında
kalan kıvrımda bedenden gelen duyu yollarının sonlandığı;
önünde kalan kıvrımdan çıkan motor hatların da, bedenin ilgili
yarısındaki kas gruplarına uzandığı ortaya konmuştur. Bir
başka ifade ile, merkezi oluğun önündeki korteks kıvrımı
hareketle, arkasındaki korteks kıvrımı ise duyu ile ilgili olup,
bu iki kıvrımda beden, nokta nokta “temsil edilmektedir”.
Vücut kısımları kortekste, fonksiyonlarının
inceliği ve kompleksliği ile orantılı genişlikteki bir sahayla
temsil edilirler. Meselâ, el için ayrılan bölge, ayağınkinden
çok daha büyük bir alanı kaplamakta, ele tekabül eden sahanın
geniş bir kısmını da başparmak işgal etmektedir. Başa gövdeden
daha büyük bir korteks alanı ayrılmıştır. Buradaki en geniş
bölüm de ağız çevresine aittir. Korteksteki bu temsil olgusunda
dikkati çeken bir diğer husus, vücut kısımlarının baş aşağı
bir pozisyonda temsil edilmeleridir: En tepede ayaklara ait merkez
bulurken; bunu gövde, el, baş ve yüz takip eder. Korteksin en arka
kısmında görme ile ilgili, şakak bölgelerinde de işitme ile
ilgili merkezler vardır.
Motor korteksteki nöronlardan başlayan piramidal sisteme
ait devreler, öncelikle ve özellikle maharet ve ustalığa ihtiyaç
gösteren ince, iradeli veya şuurlu olarak koordine edilen
hareketlerin başlatılıp, sürdürülmesinden ve her türlü
hareket için de, gerektiğinde bilinçli destek ve takviyenin
temininden sorumludurlar.
Piramidal sistemin motor ve duysal merkezleri, merkezi oluğun
önündeki ve arkasındaki kıvrımlarda yer alır. Motor korteksten
çıkan piramidal yollar, piramid şeklinde geniş bandlar yaparak
beynin orta bölümünden geçerken, buralardaki muhtelif
çekirdeklere, talamusa, uyanıklık ve dikkat durumunu ayarlayan
retiküler sisteme ve beyinciğe yan dallar göndererek, omuriliğe
iner. Henüz yeni yürümeye başlayan bir çocuğun
hareketlerinin hemen tamamı, piramidal sistem tarafından yönetilir.
Erişkinlerin yeni öğrenmeye başladıklan faaliyetlerde de bu,
böyledir. İradeli ve bilinçli olarak yürütülen piramidal
fonksiyonlar, oldukça yorucudur. Çocuk ilk adımlarını büyük
bir dikkatle attığından ve hareketlerinin en ufak ayrıntılarını
dahi düşünerek gerçekleştirdiğinden, dengesini korumak için
büyük bir gayret sarfeder. Ancak, zaman içinde yürüyüş
otomatik bir davranış kalıbı niteliği kazanınca, artık iradeli
müdahale olmadan da gerçekleştirilmesi mümkün hale gelir ve
yorucu olmaktan çıkar.
Piramidal hücreler, bu öğrenme kayıtlarını bilâhare korteksin
altında bulunan ekstrapiramidal sisteme gönderirler, ancak
diledikleri anda müdahale hakları daima saklı kalır.
Aslında sinir sistemindeki “merkezler” daha çok
geometrik veya anatomik bir anlam taşır; çünkü, fonksiyonel
açıdan sinir sistemi, holistik bir tarzda çalışır. Bu çerçevede
beyinciğin hareketlerin koordinasyonu, ahengi ve yumuşaklığı
üzerinde önemli etkileri vardır. Ancak beyincik tüm
fonksiyonlarını, piramidal ve ekstrapiramidal sistemle sıkı bir
işbirliği içinde yerine getirir. Koordinasyon görevini
gerçekleştirebilmesi için beyinciğe; adale, kiriş ve
eklemlerdeki derin duyarlık reseptörlerinden, derideki temas
dedektörlerinden, gözlerden, iç kulaktaki denge organcığından
ve karın içi organlarından sürekli bir in-put akışı olur.
Hareketin, sadece ilgili kasların kasılması ile gerçekleştirilen
basit bir faaliyet olmadığı, daha önce de belirtilmişti. Şimdi
ilgili yapı ve mekanizmaların sibernetik açıdan özel bir önem
taşıyan bazı yönleri tekrar ele alınacaktır: Ahenkli bir
hareket için birçok farklı adale grubunun uygun bir sırada ve
sürede kasılmaları, ayrıca harekete destek sağlamak üzere
vücudun belirli kısımlarını sabitleyip, tespit eden fiksasyon
kaslarının da takviyeleri gereklidir. Hem refleks cevaplar, hem de
maharete ihtiyaç gösteren iradeli hareketler için sayısız adale
grubunun hassas bir koordinasyon içinde kasılıp gevşemeleri
şarttır.
İşte bu koordinasyon işleminde beyincik, büyük bir rol oynar. Bu
nedenle beyinciğin hastalık ve tahribi durumlarında en sık
rastlanan belirtiler; hareketlerin hız, sıra, kuvvet ve
istikametindeki uyumsuzluk tablolarıdır. Ataksi adı verilen bu
gibi durumlarda hastalar, sarhoşlar gibi düzensiz ve sarsak bir
şekilde yürümekle kalmayıp, konuşma ile ilgili kasların
koordinasyonlarının aksaması sonucu, kekeleme tarzı konuşma
bozuklukları da gösterirler. Bu hastalar uzaktaki bir noktaya
parmakları ile işaret etmek istediklerinde, elleri sarsılarak o
noktanın çok altına veya üzerine uzanır. Beyincik
hastalıklarında, istirahat halinde bir titreme görülmeyip;
aksama, iradeli bir hareket başlatılınca tezahür etmektedir.
Normal bir şahıs, bir direnci yenmek için bir kolunu bükerken,
direnç aniden ortadan kalkarsa, kolunun kapanma hareketini çabucak
durdurabilir. Beyinciği hasarlı bir hasta ise aynı durumda, ön
kolunun içe doğru hareketini frenleyemediğinden, kolu geniş bir
yay çizerek arkaya kadar uzanır. Yine beyincikleri zarar görmüş
hastalar, birden fazla eklemin faaliyeti ile icra edilen hareketleri
yapmakta büyük zorluk çekerler. Bu esnada, birden durur, sonra
sıçrayıcı ve kopuk kopuk çırpınmalarla, başladıkları
hareketi tamamlamaya çalışırlar. Bu ve benzeri gözlemler
beyinciğin, hareketleri düzenleyip, stabilize ve koordine etmedeki
rolünün önemini açıkça ortaya koymaktadır.
Ekstrapramidal sistem ve beyincik tarafından “otomatik bileşeni”
düzenlenen yürüme faaliyeti, hele iki ayak üzerinde yürüme,
robotik ve mühendislik açısından harikulâde bir olaydır. Bu
alanda lider durumda olan ABD ve Japonya gibi ülkelerde imâl edilen
en mükemmel robotların bile, hareket yetenekleri bakımından,
insanınkine kıyasla; ancak yürümeyi yeni öğrenmeye çalışan
ve henüz “tay tay durabilen” küçük bir çocuğunki düzeyinde
olduğunu ileri sürmek, çok mübalâğalı bir iddia olmasa
gerektir.
Yürümekte oaln bir insanda, bir ayak yukarı kaldırılırken,
diğer bacağın adalelerinin gövdeyi dengede tutabilmek için daha
fazla kasılması, yukarı kaldırılan ayağın yumuşak bir
hareketle ilerideki en uygun noktaya basması ve sonra bu hareket
dizisinin diğer bacakla-üzerinde düşünülmeden, merhaleler tek
tek ve şuurlu olarak kontrol edilmeden-benzer şekilde icrası,
sibernetik prensiplerle sadece izahı ve taklidi değil, tasviri dahi
son derece zor ve karmaşık bir olgudur.
Yürürken hiçbirimiz, “ben şimdi yürüyorum, önce sağ
bacağımı 45 cm. öteye uzatıp, sonra sol bacağımı gereceğim,
... vb. şeklinde” düşünmeyiz. Ama ayağımızın mekân
içindeki pozisyonunu ve ne uzunlukta bir adım attığımızı,
adale ve eklemlerden gelen iç enformasyon sayesinde bilebiliriz.
Adale ve eklemlerdeki özel reseptörlerce toplanıp, omurilik
içindeki yollardan yukarıya doğru taşınarak ilgili merkezlere
ulaştırılan bu enformasyona “derin duyarlık” adı verilir.
Derin duyarlık in-putlarının bir kısmı kortekse, yani bilinç
düzeyine ulaştırılırken; diğer bir kısmı da bilinçdışı
kontrol sistemleri olan ekstrapiramidal merkezler ile beyinciğe
getirildikten sonra buralarda değerlendirilerek, hareket ve
postürümüzde gereken ayarlamalar otomatik olarak yapılır. İkinci
kısım derin duyarlılık enformasyonlarını kullanan otomatik
kontrol ve ayarlama sistemlerinde bazen aksamalar olabilir. Böyle
bir durumdaki bir insanın; meselâ, bacağına ait “iç postural
enformasyon” sinir sisteminin ilgili merkezlerine ulaşmadığından,
bu ayarlamayı gözlerinden gelecek “dış enformasyon” ile
yapması gerekecektir.
Sinir sistemi frengisinden kaynaklanan “tabes dorsalis” adlı bir
hastalıkta, bacaklardan gelen derin duyarlık yollarının omurilik
içindeki bölümü tahrip olur. Bu hastalar yürürken ayaklarını
hangi yöne, ne kadar uzatacaklarını gözleriyle ayar ve kontrol
etmek zorundadırlar. Tıpkı, iniş takımlarının kontrol
devreleri bozulan bir uçağın piste sert bir hareketle çarparak
indikten sonra sağa sola yalpalayarak ilerlemesi gibi, kas ve
eklemlerinden bilgi getiren devreleri kesik olan frengili hasta da,
yürürken ayağını gereğinde fazla kaldırarak, adımını adeta
“fırlatarak” atar. Ancak, ayaklarını gözleri ile kontrol
ederek yürüyebilen hasta, karanlıkta bu bilgiden de mahrum
kalacağından hiç yürüyemez ve gözleri kapalı iken ayakta
duramaz. Bu sebeple hastalığın ilk belirtisi, bir sabah kalktıktan
sonra, yüzünü yıkarken gözlerini kapatan şahsın yere
düşmesidir.
Normal insanlarda hareketleri düzenleyerek, gereksiz enerji
sarfını önleyen feed-back bağlantıları, bazı hastalık ve
sakatlık hallerinde, dedektör ve reaktör arası enformasyon
transferindeki yetersizlik veya gecikme sebebi ile işlemez duruma
gelebilir. Hentbol oynayan bir oyuncu, karşısından gelen topa en
kısa yoldan ulaşabilmek için iki türlü feed-back bağlantısından
faydalanır:
1-) Oyuncu, gözleri ile, topun gelebileceği
tarafları sürekli tarar,
2-) Kaslarından ve eklemlerinden gelen postural
enformasyonu kullanarak, gövdesinin ve kollarının mekânda hangi
konumda ve hangi durumda olduğunu belirler.
Bu iki çeşit bilgi, merkezi sinir sisteminde
birleştirilip, değerlendirilerek, hedeften sapmaları sıfıra
indirebilecek bir seri komutla uygun kasların, uygun zamanlarda, en
uygun süre
boyunca kasılması ve gevşemesi temin edilir. Bazen, duyu
organlarından alınan “dış” ve eklemler ile kaslardan gelen
“iç” enformasyon devrelerinden birisi kesilebilir.
Meselâ, elleri olmayan ve takma kollarla hentbol
veya benzeri bir oyun oynamaya çalışan bir şahıs düşünelim:
Bu kişi, adale ve eklemlerine ait iç enformasyondan yoksun
bulunduğundan, takma ellerinin nerede olduğunu ancak gözlerinden
sağlayacağı vizüel enformasyonu kullanarak bilebilir. Dış
feed-back devrelerinin, iç feed-back hatlarından çok daha yavaş
işlemesi sebebi ile bu şahıs, ancak çok yavaş gelen bir topu,
gözleriyle kontrol ettiği takma eliyle yakalayabileceğinden,
sadece havada ağır ağır hareket eden bir balonla oyun
oynayabilecektir. Burada bir telâfi mekanizması kurulmak sureti
ile, iç feed-back enformasyonu ihtiyacı, kısmen görme yolu ile
sağlanan dış feed-back enformasyonları ile karşılanmaktadır.
Ölüme kadar, insanlardaki kontrol sistemleri,
hiçbir zaman durgunluk hali göstermezler. 24 saat kesintisiz
faaliyet gösteren feed-back mekanizmaları ile kurulan dinamik
karakterli dengeler sayesinde iç ortamın temel özellikleri,
değişim yönünde etkiyen tüm bozucu iç ve dış faktörlere
rağmen daima belirli “sınırlar
içinde” sabit tutulur.
Meselâ kan şekeri (90+110)/2=100 mg’da değil,
90 mg ilâ 110 mg arasındaki 20 mg’lık bir değer aralığında
tutulur. Benzer şekilde kan basıncının da normal değerleri, 110
ilâ 130 mm Hg arasındadır. Kollarını ileriye doğru uzatmış
olan bir kişinin ellerinde hafif bir sallanma hareketi olduğu
görülür. Elimiz, bilek eklemlerimizin iki tarafından, birbirinin
aksi istikamette kasılabilen iki adale grubu ile tespit edilmiştir.
Bu gruplardan birisi kasıldığında, diğeri gevşetilir. Adale
gruplarının kasılma ve gevşeme dereceleri, birer feed-back
bağlantısı ile birbirlerine bildirilir. Elimizi düz olarak
uzattığımızda, bir adale grubunun kasılması ile yatay düzlemden
hafif bir sapma olabilir. Bu sapmanın derecesi, hemen karşı adale
grubuna bildirilerek, düzeltici bir kasılma hareketi yapmaları
sağlanır. Dengeleme mekanizmasının dinamik karakterinden dolayı,
ellerini yere paralel olarak ileriye doğru uzatmış olan herkeste,
bir miktar titreme hareketi görülecektir.
Ancak bazı durumlarda feed-back devreleri
içindeki enformasyon iletiminde bir yavaşlama ve gecikme meydana
gelebilir. Meselâ, elimizi ileri uzattığımızda, kas gruplarından
birinin kasılma derecesini bildiren mesajlar, merkezi sinir
sistemine gecikerek ulaştığında veya oradaki
değerlendirilmelerinde bir yavaşlama veya gecikme olduğunda,
ilgili merkezden çıkacak gevşeme emrinin karşı kas grubuna
ulaşması da gecikecektir. Bu zaman içinde ilgili adale grubu
gereğinden fazla kasılmış ve dolayısıyla sistemin dengesi
bozulmuş olacaktır. Aynı nedenle, bu son durumun karşı tarafa
bildirilmesi de gecikince, dengeler daha da fazla bozulacaktır.
İşte, el titremesinin kabul edilebilir sınırları aştığı bu
durum, bir hastalık belirtisidir.
Burada, gecikmiş feed-back’lerle düzeltilmeye çalışılan
hatanın, zincirleme olarak daha büyük hatalara yol açması
sonucu, denge durumu etrafında periyodik dalgalanmalar oluşmaktadır.
Bunun normal, fizyolojik titremelerden ayırtedilmesi gerekir.
Soğukta sinir sistemimiz, gayeli olarak feed-back mesajlarını
geciktirmek suretiyle, kaslarımızda bir titreme hareketi meydana
getirir. Böylece adalelerde ısı üretiminin artması nedeniyle
vücut sıcaklığımız yükselmekte, ısınmamız temin
edilmektedir. Tıpkı üşüyen bir insanın; iradeli olarak, durduğu
yerde sıçramak ya da kollarını ve bacaklarını hareket ettirmek
suretiyle ısınmasına benzer hareketlerle, irade dışı çalışan
titreme mekanizması sayesinde, şahsın kastı veya kontrolu
olmaksızın vücut sıcaklığı yükseltilir.
Parkinson adlı nörolojik rahatsızlıkta,
feed-back devrelerindeki mesaj iletisinin gecikmesi nedeniyle
ekstrapiramidal sistemin kas gerginliğini ayarlama fonksiyonu
aksadığı için, ellerde geniş salınımlı titreme hareketleri
başlar. Hastanın elleri ve parmakları, para sayarken yapılana
benzer bir hareketi ritmik bir şekilde tekrarlayarak, titreşir. Yan
bir etki olarak ısı üretimi de arttığından, Parkinson’lu
hastalar sıcaktan aşırı derecede nahatsız olur ve daima serin,
hatta soğuk yerleri tercih ederler.
Latince “auto” ön eki, “kendi kendine” manâsına
gelir. Otomasyon ise endüstride kullanılan ve kendi kendine çalışan
veya kendi kendini ayarlayan sibernetik cihazların çalışma
tekniğine verilen isimdir. Otomasyonda kullanılan en basit yöntem
“açık devre sistemi”dir. Burada, yapılan işin bir feed-back
mekanizması ile kontrolu ve yeniden düzenlenmesi söz konusu
değildir. Meselâ, içine para atılınca sigara, sandviç, veya
meşrubat veren makinelerde bu sistem kullanılır. Atılan para,
bir sistem tarafından kontrol edildikten sonra, karşılık gelen
miktarda mal dışarıya çıkarılır
Daha karışık ve komplike otomatlarda sisteme sıcaklık
derecesi, boyutlar, voltaj, ağırlık gibi birden fazla hususla
ilgili bilgi verilmektedir. Üretilen mamulün hafızada kayıtlı
olan programa uygunluğu, feed-back mekanizmaları sürekli kontrol
edilmektedir. Bu tür sistemlere, “kapalı devre kontrol sistemi”
adı verilir.
Kapalı devre kontrol sistemlerine eklenen bir hafıza
ünitesi sayesinde, önceden yapılan imâlattan edinilen bilgilerin
incelenip, değerlerdirilmesi suretiyle, yeni partilerin
üretimlerinin otomatik bir şekilde mükemmelleştirilmesi mümkün
olmuştur. Madeni levhaları, bir bobinden istenen kalınlık ve
büyüklükte keserek, bunları tasnif eden ve ayrı ayrı depolarda
biriktiren otomatik makineler yapılmıştır.
Bunlarda, sisteme bobin halinde giren metal
levhanın kalınlığı, yer yer değişmektedir. Bu nedenle;
sistemde tam otomasyonu temin için, gelen levhanın kalınlığını
ölçerek kesen ve belirli kalınlıklardaki levhaları biraraya
toplayan haznelerin kapaklarını açan ünitelerin bulunması
gerekir. Ayrıca, bu işlerin, metal levhanın makineden geçtiği
kısa süre içinde yapılıp, bitirilmesi gerekmektedir. Bunun için,
manyetik tamburlar kullanılır. Bobinden çözülen metal levha,
kalınlığını ölçen bir cihazdan geçer. Burada kalınlık, bir
şifre veya kod halinde manyetik tambura kaydedilir. Diğer tarafta,
bu kayıtları alan üç ayrı okuyucu kafa bulunur. Her bir kafa,
belirli bir kalınlığa ait şifreye ayarlı olup, o kod ile
karşılaştığında, bağlı bulunduğu deponun kapağını
açmaktadır. Tambur dönerken, bir silici kafa da kaydedilen şifreyi
siler ve onu yeni kayıtlara hazırlar.
Bir diğer otomat örneği de modern fırınlarda ekmek
hamurunu otomatik olarak eşit parçalana bölen makinedir. Burada
istenen şey, her ekmeğin aynı ağırlıkta olmasıdır. Aynı
büyüklükteki hamur parçaları, yoğunluklarındaki farklılıktan
dolayı, değişik ağırlıkta olabilir. Bu sebeple, büyüklüklerine
göre kesilmeleri bir manâ ifade etmeyeceğinden, hamurlar önce
tartılmakta ve ağırlıkları bir bilgisayarda değerlendirildikten
sonra kesilmektedirler.
Otomatik vida yapma makinelerinde ise parçalar, makineye
verilen programa göre belirli bir uzunlukta kesilip, uçları
düzeltilerek, dişleri açıldıktan sonra, makineden
çıkarılmaktadır. Bütün bu işler, programlayıcı bir hafıza
ünitesi (disk, tambur veya manyetik bant) tarafından kontrol
edilmekte ve insan eli dokunmadan bitirilmektedir.
Buzdolabında “sıcaklık” ve buhar
makinesinde “hız” olmak üzere birer faktörün otomatik ayarı
yapılmakta idi. Kapalı devre otomatlarda da ekmeğin ağırlığı,
saç levhanın kalınlığı, vidaların uzunluğu, uçlarının
spiral formu, kafa kısımlarının çentiği gibi 1 ilâ 3 faktör
otomatik bir şekilde kontrol edilmektedir. İnsanda ise binlerce
sistem, ayrı ayrı dengelendikten sonra, bunlar arasında da ideal
bir sistemler arası denge hâli sağlanmaktadır. Buna üstün denge
durumu veya ultrastabilite dendiğini belirtmiştik. Binlerce ayrı
sistemin üstün denge durumunda birbirini dengelediği bir canlı,
sibernetik açıdan, n (n>1.000 )
boyutlu bir “organize varlık” olarak kabul edilebilir. İnsan
yapısı sistemler ile otomatlarda ise bu boyut, ancak tek basamaklı
bir sayı mertebesindedir.
Uygulamalı Sibernetik
Sibernetikçilerin, canlılarda mevcut ultrastabilite
hallerini sağlayan fizyolojik mekanizmaların, özellikle nöral bağ
ve ağların basitleştirilmiş elektronik devreler şeklindeki
taklitlerini birtakım makinelere bağlamaları neticesi, robotların
yapımı mümkün olmuştur. Kurbağanın görme sisteminin bazı
özellikleri taklit edilerek bu sistemin “elektronik modelleri”
hazırlanmıştır. Bu modellerdeki devrelerin, hareket kabiliyetine
sahip makinelere bağlanması suretiyle çeşitli türlerden
robotların yapımı mümkün olmuştur.
Bu yolda ilk adımı atanlardan sibernetikçi G. Walter,
robot bir kaplumbağa imal etmiştir. Bu kaplumbağa bir fotosel
vasıtası ile devamlı surette çevresinde ışık “aramakta”,
ışık kaynağını “görünce” ona doğru yaklaşmakta, bir
süre karşısında durduktan sonra sanki “karnı doymuşçasına”
kaynaktan uzaklaşıp, karanlık bir yere çekilmektedir. Orada bir
süre duran robot, sanki yediklerini sindirdikten sonra, acıkmış
gibi, tekrar bir ışık kaynağı aramaya başlamaktadır. Robot
kaplumbağa bir engele rastlayınca durup, çevresinde dolaşarak
yoluna devam edebilmektedir.
İnsan duyu ve sinir sisteminin yapı ve fonksiyon
özelliklerinden faydalanılarak bir dilden diğerine çeviri yapan
sistemler de geliştirilmiştir. 0 ve 1 işaretlerini bir kelime
içinde sekiz defa tekrar etmek sureti ile, alfabenin bütün
harflerini ifade etmek mümkündür. Tercüme yapan ilk sibernetik
makineler, insan gözünün çalışma prensipleri taklit edilerek
tasarlanmıştı. Yazılı bir metne baktığımızda, görüş
alanımıza giren kelimeler, elemanlarına ayrılarak “0” ve “1”
mesajları halinde kodlandıktan sonra, optik sinirler vasıtasıyla
beynin görme ile ilgili merkezlerine iletilir. Gözümüzün retina
tabakasındaki ışığa hassas hücrelerin fotosel benzeri modelleri
hazırlanıp, bu fizyolojik bağlantı şemasına göre bir devreler
sistemi kurulursa, görme hadisesinin kabaca taklidi mümkün
olabilir.
Bu sistemde, rakamlar ve harfler dijital olarak kodlandıktan
sonra bu enformasyon, hafıza ünitesine götürülür. Orada harfler
kelimeler; kelimeler de cümleler halinde birleştirilir. Lûgat
bölümünde bu kelimelerin yabancı dildeki karşılıkları
bulunduktan sonra, bu karşılıklar “gramer bülümü”nde
cümleler haline getirilerek yazıcı sisteme iletilir. Sibernetik
prensiplerin uygun bir şekilde kullanılması sureti ile çok daha
komplike bilgi işlem cihazlarının imali de mümkün görünmektedir.
Sinir sistemimizin buraya kadar anlatılan belli başlı
çalışma prensipleri, elektronik hesap makineleri ile
bilgisayarların ilk ve en yararlı ilham kaynağı olmuştur. Prof.
A. Songar “Düşünen Makineler” başlıklı bir yazısında bu
ilişkiyi şöyle anlatır:
“İnsanların kendi güçleri ile kayıklarını,
gemilerini yürüttükleri devirleri hatırlayalım. Bir çift küreği
ve bir kürekçisi olan bir kayık, bir insan gücünde idi. Onu iki
insan gücünde bir kayık haline getirebilmek için, iki çift
küreğe ve ikinci bir kürekçiye gerek vardı. Kürekçilerin
sayısını artırmak sureti ile okyanusları aşabilen kalyonların
yapımı mümkün oldu.
Zaman geldi, J. Watt buhar makinesini keşfetti.
Buhar gücü, artık kaynayan çaydanlıkların kapaklarını itmekle
kalmıyor, koca koca pistonları da iterek, gemileri ve trenleri
hareket ettirebiliyordu. Böylece birinci sanayi devrimi meydana
gelmiş, insan gücünün yerini, makine gücü almıştır. Gerçi
koskoca geminin hareketini, dolaylı olarak yine, ocağa kömür atan
ateşçi sağlıyordu. Ama o güç, suyun kaynaması ve buharın
pistonu itmesi ile çalışan buhar makinesinin araya girmesi ile
binlerce defa yükseltilmiş oluyordu.
Güç yükselticilerinin keşfi ile makine çağına
geçilen bu dönemi, makine kullanım sahasının genişlemesi
yüzünden işsiz kalacaklarından korkan işçiler, protestolarla
karşıladılar. Ama, sonuç hiç de öyle olmadı. Güç
yükselticilerini, makineleri çalıştırmak için, yine insanlara
ihtiyaç vardı; fakat şimdi o insanın kas gücünden çok, beyin
gücüne ihtiyaç duyulmakta idi. Düşünen insan için artık yeni
ufuklar, yeni iş sahaları açılmıştı. Zaman geldi insan, beyin
gücünü, düşünme kabiliyetini de bir takım makinelerle
çoğaltmanın yollarını aramaya başladı. Bunun için, sinir
sistemi, insan için en zengin bir ilham kaynağı oldu.
Sinir sistemimizin otomatik olarak ayarladığı
birçok faktör vardır. Meselâ, buzdolabı ve klimalarda olduğu
gibi, insan vücudu için de bir otomatik sıcaklık ayarlama
fonksiyonu söz konusudur: Beden sıcaklığımız, normal şartlarda
36oC
civarında tutulur. Vücudumuzda hız ayarlama işlemlerine ise,
kalbimizin dakikada 70-80 defa atmasından, vücuda giren mikropların
bağışıklık sisteminin askerlerince en kısa zamanda
kuşatılmasına, bağırsak hareketlerinden, refleks karşılıklara
kadar birçok fizyolojik faaliyet örnek olarak verilebilir.
Gözbebeğimiz, gözümüzden içeri giren ışığı belirli bir
düzeyde tutabilmek için devamlı olarak açılıp, kapanırken,
kanın oksijen seviyesi de, alyuvarlarla sürekli takviye
edilmektedir.
Ruhsal hayatımız da ayarlamalara ihtiyaç
gösterir. Kesintisiz bir enformasyon işleme faaliyeti ile sağlanan
denge, dışarıdan yeni gelen verilerle devamlı bozulur; bu ise,
bize elem verir. Haz duygusuna ulaşabilmek için yeniden sağlıklı
kararlara ve denge konumuna ulaşmamız, düşünce ve duygu
çevrimini normal kanalına sokmamız gerekir. İnsan vücudundaki
ayarlama faaliyetlerinin herbiri, bir diğeri ile bağlantılıdır.
Bunlardan birindeki bir bozukluk veya normalden sapma, bütün diğer
sistemlere de yansır.
Sinir sistemimiz, bunların hepsini bir arada
dengede tutabilmek için, mütemadiyen çevreden bilgi toplar; sonra
o bilgileri değerlendirerek işler ve gerekli düzenleyici-ayarlayıcı
emirleri gönderir. Bu işleri, sahip olduğu milyarlarca hücre
vasıtası ile yapar. Bu hücreler, kendi aralarında çok karmaşık
bir sistem meydana getirmişlerdir. Bir taraftan belirli fonksiyonlar
ve görevler için belirli merkezler şeklinde toplanırlarken, diğer
taraftan da birbirinin çalışmasını kontrol eden farklı
kademeler ve katlar halinde sıralanmışlardır.
Bir buz dolabı veya buhar makinesi, yalnızca bir görevi
yerine getiren “tek boyutlu” bir “düşünen makine” olarak
kabul edilebilir. Bu yaklaşımla, düşüncenin boyutlarını
arttırmanın, yani makinelerin görebileceği işlerin sayısını
çoğaltmanın tek çaresi, içindeki otomatik ayarlama elemanlarının
sayısını artırmaktır.
Bir buhar makinesinin üzerine, bir buzdolabının
bağlandığını farz edelim. Bu acayip kombine sistemde, buzdolabı
sıcaklık değişimlerine ilâveten, buhar makinesindeki hız
değişimlerine dair enformasyonu da alıp, değerlendirilirken;
buhar makinesi de hız değişimiyle ilgili olanlara ek olarak
sıcaklık değişimlerine ait datadan da haberdar olur ve bundan
etkilenirse, o zaman her ikisi için de ayarlanarak sabit tututulacak
ortak birer “sıcaklık ve hız” derecesi söz konusu olur.
Buzdolabı ve buhar makinesi bir araya geldikleri zaman, hem hızı
hem de sıcaklık derecesini ayarlayabilen kombine bir “iki
boyutlu” düşünen makine ortaya çıkar.
Elektronik hesap makinelerinde, çözülebilecek
problemlerin sayısını artırmak için, devre elemanlarının
sayısı arttırılır. Her bir eleman, bir elektronik anahtar
devresidir. Sinir hücresinde olduğu gibi, bunlarda da “açık”
ve “kapalı” olmalarına göre sadece iki farklı durum söz
konusudur. “1 eleman için 2, 2 eleman için 4, 3 eleman için 9, 4
eleman için 16,...vb” durum mümkündür. Elektronik devrelerde
dolaşan akımın sürati de göz önünde bulundurulursa, yeterli
sayıda eleman ihtiva eden bir sistemin aynı anda, ne kadar çok
ihtimali, ne kadar kısa bir süre içinde hesaplayabileceği kolayca
anlaşılabilir.”
Görüldüğü gibi, elektronik hesap makineleri, ihtiva ettikleri
devrelerin sayısı ile doğru olarak artan bir oranda
“akıllı”dırlar. Sibernetik, elektronik ve bilgisayar bilimleri
gibi disiplinlerin temel ilkeleri açısında oldukça basit
görünüşlü hayvanların nöral hücre, doku ve organları bile;
son derece mükemmel şekillerde dizayn edilmiş hızlı ve yüksek
kapasiteli enformasyon işlemi sistemleri olarak faaliyet
göstermektedirler. Prof. N. Hariri, sinir fizyolojisi konusundaki
kitabında19, en karmaşık yapılı elektronik
hesap makinelerinin, teknolojik bakımdan ancak bir solucanın sinir
sisteminin komplekslik derecesine ulaşabildiğini ifade eder.
Hep
veya hiç kanununa göre çalışan nöronların, çevreden gelen
uyarılma eşiği üzerindeki uyaranlara cevap verirken, altında
kalanlara ise cevap vermediği; eğer bir cevap verilmişse bunun,
uyarandan bağımsız olarak daima ayni şekil ve şiddette olacağı
daha önce de söylenmişti. Bu özellik, bir elektrik devresinin
çalışmasına benzetilebilir. Devredeki elektrik anahtarına
belirli bir kuvvetle başıldığı zaman, devre kapanacak ve
devredeki lamba yanacaktır. Tatbik edilen basınçla, düğme
yayının direncini aşan bir kuvvet sağlandığında devre
kapanacak ve akım geçecektir. Bu işlem ister parmakla veya ayakla
basarak, isterse çekiçle veya balyozla vurarak yapılsın, netice
değişmeyecektir. Uygulanan kuvvetin düğmenin yayının direncini
aşmadığı durumlarda ise hiç cevap alınmayacaktır. Devreden
akımın geçmesi, yani ampulün yanması (1) hâli, akımın
geçmemesi yani ampulün yanmaması da (0) hâli olarak kabul
edilirse, “binary system” (ikili sistem) adı verilen bir
kodlama sisteminin temel unsurları elde edilmiş olur.
Denizciler flâma adı verilen birtakım bayraklar vasıtasıyla
haberleşirler. İki elinde birer flâma bulunan bir bahriyeli, 4
farklı mesaj gönderebilir:
1-)
Sol el kalkık, sağ el inik (1,0),
2-)
Sol el inik, sağ el kalkık (0,1),
3-)
İki el de kalkık (1,1),
4-)
İki el de inik (0,0).
Bu şekilde iki denizci yan yana durarak “0001,
0010, 0100, 1000, 0011, 0111, 1111, 0101, 1010, 1001, 0110, 1100,
1011, 1110, 0000 ve 1101” olmak üzere 16 farklı mesaj
verebilirler. 2 sembolle 4 (22),
4 sembolle 16 (42)
mesaj verilmesi, kullanılan sembol sayısı (n) ile iletilebilen
mesaj sayısı arasında (2n )
şeklinde bir ilişki olduğuna işaret eder.
İnsan beyninde ortalama olarak 13 milyar kadar
hücre bulunduğunu kabul edersek göre, bunlarla iletilebilecek
mesaj sayısı (213 000 000 000)
mertebesinde olur. Kâinatta mevcut atom sayısının 2300
olarak hesap edildiği düşünülürse,
insan beyninin bilgi işleme kapasitesinin ne kadar büyük olduğu
anlaşılabilir.”
İnsan beyni ve bilgisayarlar farklı açılardan ve çeşitli
özellikleri bakımından karşılaştırılabilirler. Bunlardan
biri, “hafıza fonksiyonları”dır. Temelde, iki sistemde de depo
edilmiş bilgilerin, icabında hatırlanması gerekir.
Bilgisayarlarda bu iş için kullanılan metoda “adresleme”
denir.
Bilgisayarların hafıza üniteleri, herbirinin
belli bir numarası veya adresi olan çok sayıda gözden oluşmuş
bir kafese benzetilebilir. Eğer adres, yani gözün numarası
biliniyorsa, istenen bilgiye ulaşılabilir. İnsan hafızası ise,
bilginin çağrışımına dayanan farklı bir teknikle çalışır.
Kognitif psikolojiye ayrılan bölümde oldukça ayrıntılı bir
şekilde ele alındığı üzere insan beyninde birkaç farklı
hafıza ünitesi bulunur ve bunlardaki kayıtlar, öncelikle,
dışarıdan verilen suni bir adrese göre değil, muhtevasına ve
kayıt bağlamına göre hatırlanır. Aradaki fark nicel olduğu
kadar da niteldir. Bilgisayarlarda da çağrışım prensiplerinin
uygulanması ile bilgi erişim hızının ve hafıza kapasitesinin
arttırılması yönündeki çalışmalarda çok ümit verici
sonuçlar alınmıştır.
Bilgisayarlar ile insan beyni arasındaki bir diğer temel
farklılık ise bilgi işleme biçimlerindedir. Bilgisayarlar, bütün
parametreleri ve ayrıntıları verilmemiş datayı işleyemezler.
Verilen komuttaki bir eksiklik-diğer bölümlerden tamamlanabilir
nitelikte de olsa-faaliyete geçmeye bir engel teşkil eder. İnsan
beyni ise alışılmadık ve tamamen belirli olmayan verileri de
kabul eder ve aradaki boşlukları doldurabilir.
Bu kitabın kognitif psikolojiye ayrılan bölümünde
çeşritli örneklerle ele alınmış olduğu gibi, insan beyninde
birbirinden tamamen farklı yapı ve işleyiş özelliklerine sahip
birden fazla sayıda bilgi işlem sistemi bulunmaktadır. Bugünkü
bilimsel araştırma “teknikleri” ile bunlardan iki tanesini
kesin bir şekilde ortaya koyup tanımlamak mümkün olabilmiştir.
Bunların “donanım”larını esas olarak sağ ve sol beyin
yarıkürelerin kortekslerini oluşturan yapılar temsil eder. Sol
yarıkürenin bilgi işlemcisi “dijital”, sağ yarıküreninki
ise “analog” bilgisayarlara benzer. İnsanların büyük bir
çoğunluğunda “aritmetik” ve “kelime” işlemcileri sol;
“bütünleme-buluş-icad-ilham-sezgi” işlemcileri ise sağ
yarıkürede bulunur.
Henüz tüm yapı ve fonksiyon özellikleri
anlaşılamamış olmakla birlikte; beyin korteksinin altında kalan
başka enformasyon işleme sistemleri de vardır. Bunlardan en iyi
bilinenlerden bazıları genelde bilinç dışı ve otomatik olarak
çalışmakta; bir kısmı nötr bilgi kayıtlarını saklayıp,
proseslerlerken; diğer bir kısmı ise duygusal yaşantılarımıza
ait anıları saklayıp, gerektiğinde son derece büyük bir hızla
bunları işleyerek, aktüel durum için gerekli tepkileri
belirleyebilmektedirler. Korteks altı merkezler; kayıt ve çıkarım
işlemlerini dilsel kavramlar ve soyut kodlarla yapabildikleri gibi;
ses, görüntü, tat, koku; ya da haz ve elem gibi çok faklı
kodlarla da yapabilmekte ve ihtiyaç halinde bu kayıtları
biribiriyle karşılaştırıp, gerekli sonuç veya kararlara
ulaşabilmektedir.
İnsan beyni ile karşılaştırıldığında, bilgisayarlar,
sadece çok basit bazı temel işlemleri yürütebilirler. Ancak bu
basit işlemleri çok büyük bir hızla gerçekleştirerek ve
defalarca sağlama yaparak karmaşık sonuçlara ulaşabilirler.
İnsan beyni daha yavaş çalışır, ama buna karşılık, arka
arkaya değil, birbirine paralel işlemler yaparak, aynı anda
birbiriyle karşılaştırılabilecek çok sayıda sonuç üretir.
Ayrıca bilgisayarların kendilerine önceden verilen predetermine
sınırlar dışına çıkarak yenilik getirme; tenkit, keşif ve
soyutlama kabiliyetleri de yoktur. Ve unutulmamalıdır ki; şu anda
mevcut bulunanlar gibi, gelecekte yapılacak olan tüm bilgisayarlar
ile bunların işletim programları da insan beyninin ürünleri
olacaktır.
Prof. D. Cüceloğlu, bilgisayarların ve insan
beyninin bigi işleme kapasitelerini şöyle karşılaştırır:
”Bilgisayar yapımında kullanılan mikroprosesörler son yıllarda
o kadar küçülmüştür ki, otuz sene önce bir binanın bütün
bir katını boydan boya dolduran bir bilgisayar düzeneğinin
fonksiyonlarını, bugün elde çanta gibi taşınabilen tek bir
bilgisayar yapabilmektedir. Mikroprosesör yapımı çok daha gelişse
ve şimdikinin binde biri küçüklüğüne ulaşılabilse bile,
insan beyni kapasitesinde bir bilgisayarın, yer küresinden daha
büyük bir hacim kaplayacağı hesaplanmaktadır.”20
Robotik ve enformasyon
teknolojisi alanındaki çalışmalarıyla ünlü araştırmacı G.
Walter’ın hesaplarına göre, insan beynini fonksiyonlarının
ancak milyonda birini yerine getirebilecek basit bir taklidinin
çalıştırılabilmesi için yaklaşık bir milyar watt/saat kadar
enerji gerekecektir.
Oysa; milivolt, yani voltun binde biri
mertebesindeki bir elektrik akımı kullanarak “bilimi, felsefeyi,
sanatı ve tüm uygarlığımızı tasarlayabilmeye” muktedir olan
ve bilgisayarlarla kıyaslanamayacak üstünlükte olan insan beyni,
1500 cm3’lük
kafatası içine sığdırılmıştır. Böylesine az malzeme ve
enerjiyle bu kadar yüksek bilgi işleme kapasitesi sağlayan insan
beynini sıradan kelimelerle tanımlamak çok zor görünüyor. O,
sanki tek başına Yüce Yararatıcı’nın sonsuz bilgi ve
kudretini temsil eden mucizevi bir bilim, teknoloji ve sanat abidesi
gibi bilinmeyen pekçok boyut ve yönüyle incelemelerimize açık
bir şekilde –görünüşte “kimilerini” yanıltan bir sadelik
ve tevazuyla -gerçekte ise büyük bir ihtişamla öylece başımızda
durmakta...
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder