İnsanlardan basit solucanlara kadar bilateral yani ayna simetrisine sahip hayvanlarda beyin-vücut bağlantısını sağlayan sinirler çapraz yapar. Başka bir deyişle, vücudumuzun sağ tarafını beynimizin sol tarafı kontrol eder. Tam tersi şekilde vücudumuzun solunu da beynimizin sağ tarafı kontrol eder. Biyolojide bu olaya deküzasyon denir.
İyi ama neden böyle ki? Sinirler çapraz yapmak yerine düz kalsa her şey daha kolay olmaz mıydı? Deküzasyon evrimsel bir hata mı, yoksa canlılara bir avantaj sağlıyor mu? Beynimizin sağ tarafından çıkan sinirlerin vücudumuzun sağıyla bağlantılı olmasını engelleyen hiçbir durum yok aslında. Ancak embriyonik dönemde beyinden çıkan sinirler, ortada bulunan hayali bir çizgide çapraz yaparlar.
Sinirlerin çapraz yapmadan direkt düz gitmesi kulağa daha kolaymış gibi geliyor. Buna rağmen, evrimsel süreçte sinirlerin çapraz yapması durumu ısrarla korunmuştur. Bu da akıllara deküzasyonun evrimsel açıdan bir avantaj sağlamış olabileceğini getiriyor. Fakat biyologlar ne gibi bir avantaj sağladığından henüz emin değiller.
Sorduğumuz soruların kesin cevaplarını ise henüz bilmiyoruz. Yine de deküzasyonu açıklamak için ortaya çıkan birkaç fikir bulunmakta. Fakat biz yazımızda işin biyolojik kısmından çok, geometrinin bu duruma nasıl baktığını anlamaya çalışacağız.
Deküzasyon Evrimsel Bir Hata Olmayabilir!
Deküzasyonu anlayabilmek için sinir devrelerinin beyin dokusunda nasıl düzenlendiğini anlamamız gerekir. Beyin ve vücut arasında bağlantı kuran nöronlar, serebral kortekste sanal bir harita gibi dizilmiştir.
Somatotopi, yani vücut haritalama yöntemiyle beyne elektrot bağlandığında nöronların vücudun neresinden girdi aldığı tespit edilmektedir. Bu girdiler sadece bedenle sınırlı değildir. Görme duyumuzla algıladığımız 3 boyutlu dünya ve diğer duyularımız da buna dahildir.
Eğer nöronlar beyinde rastgele bir şekilde dizilmiş olsaydı nasıl bir karmaşıklık olacağını bir hayal edin. Ancak deküzasyon biyolojik bir sorunu çözmesine karşın, geometrik bir sorunu gündeme getiriyor. Bu sorun 3 boyutlu uzayı 2 boyutlu bir yüzeye yansıtmanın topolojik zorluğudur.
Bu durumu şu şekilde düşünebiliriz: 2 boyutlu bir haritada bir uçak iki şehir arasındaki mesafeyi yay çizerek alıyor. Bu yay hareketinden ötürü Dünya’nın yörüngesinde dönen uydular, uçaktakilere sinüzodial bir yolda salınıyor gibi görünüyor.
3 boyutlu uzayı beynimizdeki 2 boyutlu düzleme eşlemek, beyinden çıkan sinirlerin neden çapraz yaptığını açıklıyor gibi. Sezgilerimize aykırı görünse de, sinirlerin çapraz yapması topolojik anlamda hatalardan kaçınmanın en basit yoludur. Eğer nöral bağlantılar çapraz yapmasaydı, sağ/sol ve yukarı/aşağı bilgisinin karıştığı geometrik bir tekillik ortaya çıkardı.
Sağ/Sol Kavramları Vücut Simetrimizin Bir Sonucudur
Bunun neden olduğuna dair ayrıntılara girmeden önce çok iyi bildiğimiz bazı kavramlara göz atmamız gerekiyor. Bu kavramlar sağ/sol ve yukarı/aşağı kavramlarıdır. Bilateral simetriye sahip canlılar olarak bizim için sağ ve sol kavramlarının bir anlamı vardır. Ancak radyal simetriye sahip bir canlı olan denizyıldızında sağın ve solun bir önemi yoktur.
Özellikle küçükken “d” ile “b” harflerini karıştırdığımız olmuştur. Dikkat ederseniz “d” ve “b” harfleri birbirinin ayna simetrisidir. Ancak “b” ve “p” harflerini karıştırdığımız zamanlar çok daha azdır. Bunun sebebi bilateral simetriye sahip canlılar olmamızdan kaynaklanmaktadır.
Çünkü “b” ve “p” harfi örneğinde bu iki harf birbirinin yukarı/aşağı yönündeki halleridir. Ve bilateral canlılar olmamızdan ötürü yukarı/aşağı kavramları bizim için bakış açısından bağımsız olarak her zaman aynıdır. Fakat bu durum sağ/sol kavramları için geçerli değildir. En basitinden karşımızda duran kişinin sağı ve solu, bizim sağımız ve solumuzla aynı olmaz. Yani sağ/sol kavramları nesneye göre görecelidir.
Beyin – Vücut Bağlantısını Anlamak İçin Güzel Bir Örnek
Bunu daha iyi anlamak için beynimizi ve bedenimizi birbirine paralel iki düzlemmiş gibi düşünelim. Vücut düzlemindeki bir noktadan beyindekine dümdüz bir çizgi çizilebilir. Hatta dümdüz ikinci bir çizgi de çizilebiliriz ve bu çizgiler kesişmez. Fakat beyin gerçekte oldukça kıvrımlı yapıda olan serebral kortekse sahip 3 boyutlu bir yapıdır. Benzer şekilde vücudumuz da 3 boyutlu bir yapıdır.
Beynimizin ve vücudumuzun 3 boyutlu olması her şeyi değiştirmektedir. Beynimizdeki 2 boyutlu sanal haritalara 3 boyutluluğu aktarmanın en basit yolu vücut düzlemini 90 derece katlamaktır. Bu katlanma nedeniyle çizgilerin hayali orta hattan geçmesi gerekir. Ve bu da çizgilerin çapraz yapmasıyla sonuçlanır.
Peki beyin ve vücudu temsil eden 2 boyutlu düzlemleri birbirlerinin ayna simetrisi olacak biçimde katlayıp sonra çizgileri çizseydik ne elde ederdik?
Hem beyin hem de vücut için x ve y düzlemleri görselde de görüldüğü gibi yönelimlerini korumaktadırlar. Buna karşın beynin ve vücudun dikey olan z eksenleri zıt yönlüdür. Bu durum daha önce de bahsettiğimiz geometrik tekilliğe sebep olur. Geometrik tekillik için kısaca bir özelliğin farklılaştığı veya kötü tanımlandığı durumlar diyebiliriz.
Deküzasyon Canlılara Enerji Tasarrufu Yapma İmkanı Sunuyor Gibi Görünüyor
Algılanan dünyadaki bu geometrik değişiklik, sinirlerin çapraz yapmamasının bize çok pahalıya patlayacağının kanıtıdır. Bunu şu örnekle daha iyi anlayabiliriz:
Vücudunuzda gezinen bir karınca hayal edin. Karınca göğsünüzden yukarı çıkıp omzunuza doğru ilerlerken hissettiğiniz şeyi anlamlandırabilmek için beyninizin aşağı/yukarı kavramları arasında bir geçiş yapması gerekir. Çünkü hatırlayın, dikey z eksenleri beyniniz ve vücudunuz için aynı şekilde durmuyordu. Yani vücudunuz için yukarı olan yön beyniniz için aşağı demek. Beyninizin gelen uyartıyı buna göre düzenlemesi gerekiyor. Bu durum da beynin daha fazla işlem yapması anlamına geliyor.
Bu nedenle beyin ve vücudu temsil eden 2 boyutlu düzlemlerin ayna simetrisi olacak şekilde durmamaları gerekir. Her iki düzlem de aynı yöne bakmalıdır. Böylece x, y ve z eksenleri aynı yönelimlere sahip olacaktır. Bu da beyin ve vücut için yukarı/aşağı kavramlarının aynı olmasını sağlar.
Ancak sinirler, düzlemlerin bu pozisyonunda çapraz yapmak zorundadır. Kısaca etkili bir sinirsel ağ için deküzasyon, yani sinirlerin çapraz yapması kaçınılmaz gibi görünüyor.
Yine de Tüm Gizemi Çözmüş Değiliz!
Geometrik olarak yaptığımız açıklamalar oldukça açıklayıcı ve mantıklı. Fakat beynimizin sol tarafının vücudumuzun sağını kontrol etmesinin kesin sebebi budur diyemeyiz. Yine de biyolojinin sorunu gibi görünen bir durumu geometri yardımıyla açıklamaya çalışmak geometrinin ne kadar güçlü bir dal olduğunu bize bir kez daha gösteriyor. Ayrıca göz atmak isterseniz: Sağımı Solumu Karıştırıyorum Diyorsanız Yalnız Değilsiniz!
Kaynaklar ve İleri Okumalar
- Why the Brain’s Connections to the Body Are Crisscrossed ; Bağlantı: Why the Brain’s Connections to the Body Are Crisscrossed | Quanta Magazine ; Yayınlanma tarihi: 19 Nisan 2023
- Troy Shinbrot, Wise Young. Why Decussate? Topological Constraints on 3D Wiring ; Bağlantı: https://doi.org/10.1002/ar.20731 ; Yayınlanma tarihi: 8 Ekim 2008
Matematiksel
