İnsanlardan basit solucanlara kadar tüm iki yanlı simetriye sahip canlılarda, sinirler vücudun bir tarafından beynin karşı tarafına geçer. Başka bir deyişle, vücudumuzun sağ tarafını beynimizin sol tarafı kontrol eder. Tam tersi şekilde vücudumuzun solunu da beynimizin sağ tarafı kontrol eder. Buna biyolojide deküzasyon denir ve bu şaşırtıcı düzenin nedeni, büyük olasılıkla geometridedir.
Beyin yapısının büyüleyici karmaşıklığı her geçen gün biraz daha açığa çıkıyor, ancak sinir sisteminin en temel özelliklerinden biri hâlâ gizemini koruyor. Sinir sistemi çapraz bağlantılarla örülüdür. Her nöroloji uzmanı bu bilgiye dayanarak muayene yapar, ancak bu düzenin neden böyle olduğu sorulduğunda çoğu bilim insanı net bir yanıt veremez.
Oysa görünürde hiçbir şey, beynin sağ tarafının doğrudan vücudun sağ tarafıyla bağlantı kurmasını engellemezdi. Bu, daha basit ve hata payı daha düşük bir düzen olurdu. Embriyonik gelişim sırasında sinir liflerinin orta hattı geçip karşı tarafa ulaşması, karmaşık bir moleküler yönlendirme süreci gerektirir. Yani doğa, daha zahmetli olan bu yolu özellikle seçmiş gibidir.
Deküzasyon Evrimsel Bir Hata Değildir
Çözümün anahtarı, sinir ağlarının beyinde nasıl konumlandığında yatıyor. Beyin ve beden arasında bağlantı kuran nöronlar, kortekste adeta bir harita oluşturacak biçimde düzenlenir.
Örneğin, bir nörobilimci beynin belirli bir noktasına elektrot yerleştirip buradaki nöronların başparmakla ilişkili olduğunu görürse, hemen yanındaki nöronların işaret parmağından gelen sinyalleri aldığı ortaya çıkar. Bu düzenlenmeye “somatotopi”, yani “beden haritalaması” denir. Üstelik bu haritalama yalnızca bedenin yüzeyine değil, algıladığımız dış dünyanın üç boyutlu temsilinde de geçerlidir.
Sinir bağlantılarının dış dünyanın uzamsal ilişkilerini doğru biçimde yansıtan bir iç harita oluşturması son derece mantıklıdır. Nöronlar beyinde rastgele dağılmış olsaydı, sinir devrelerini düzenlemek son derece karmaşık hale gelirdi. Ancak bu düzenleme biyolojik bir sorunu çözerken geometrik bir sorun doğurur: Üç boyutlu uzayın iki boyutlu bir yüzeye yansıtılması.
Bu tür bir izdüşümde tuhaflıklar ortaya çıkar. Örneğin, bir dünya haritasında iki şehir arasındaki en kısa mesafeyi izleyen bir uçak, kavisli bir yol çiziyormuş gibi görünür. Dünya’nın etrafında dönen bir uydu da sanki sinüzoidal bir hat üzerinde hareket ediyormuş izlenimi verir.
Bu geometrik problem, beynin neden çapraz bağlantılar kurduğunu da açıklayabilir. Çünkü araştırmacılara göre, sinir liflerinin orta hattı geçmesi aslında hataları en aza indiren topolojik olarak en basit çözümdür. Eğer bağlantılar çapraz olmadan kurulsa, sol-sağ ya da yukarı-aşağı yönlerinin karışmasına yol açacak bir geometrik düğüm oluşurdu.
Sağ/Sol Kavramları Vücut Simetrimizin Bir Sonucudur
Bu fikri anlamak için önce “orta hat” kavramının kendisine dikkat etmek gerekir. Sol ve sağ fikri, simetrik beden yapımıza dayanan bir referans sisteminden doğar. Radyal simetriye sahip bir denizanasında ise sol ya da sağ yoktur.
Sol ve sağ yönlerinin görece olması, harflerde de karışıklığa neden olur. İnsanlar sık sık “b” ile “d”yi, “p” ile “q”yu karıştırır. Çünkü bu harfler dikey eksende, yani sol-sağ doğrultusunda ayna simetrisine sahiptir. Buna karşın “q” ile “d” gibi yatay eksende dönen harfler nadiren karıştırılır. Öünkü yukarı-aşağı yönleri sabittir.
Aynı şey aynaya baktığımızda da geçerlidir. Aynada sol ve sağın yer değiştirdiğini sanırız, ama gerçekte olan şey önden-arkaya bir dönüşümdür. Işık doğrudan yansır ve aynada gördüğümüz görüntü bizim dışarıdan nasıl göründüğümüzdür.
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.
Ancak gerçekte durum bu kadar basit değildir, çünkü beyin üç boyutlu bir yapıdır. Kıvrımlı yüzeylere, organik hatlara ve son derece katlanmış bir beyin kabuğuna sahiptir. İnsan bedeni de aynı şekilde üç boyutludur.
Bu üçüncü boyut her şeyi değiştirir. Beyindeki iki boyutlu sinir haritalarına üçüncü boyutu dâhil etmenin en basit yolu, “beden” düzleminin kenarlarını doksan derece kıvırmaktır.
Beyin korteksinin kıvrımları da benzer biçimde üçüncü boyutu oluşturur. Sinir lifleri orta hattan geçmek zorunda olduğundan, yani sinir sisteminin merkezi ekseni boyunca ilerlediğinden, bu lifler doğal olarak birbirini çaprazlar.
Peki beyin ve vücudu temsil eden 2 boyutlu düzlemleri birbirlerinin ayna simetrisi olacak biçimde katlayıp sonra çizgileri çizseydik ne elde ederdik?
Bedenin ve beynin beden haritasının yatay x ve y eksenleri aynı yönelimini korurdu, ancak dikey z eksenleri zıt yönlere sahip olurdu. Haritalardaki bu kıvrımlar, matematikte “geometrik tekillik” olarak adlandırılan durumları, yani bir özelliğin tanımsızlaştığı veya sonsuza gittiği noktaları oluştururdu.
Sinir bağlantılarının çaprazlanmamasının bedeli oldukça ağır olurdu
Vücudunuzda gezinen bir karınca hayal edin. Karınca göğsünüzden yukarı tırmanıp omzunuza doğru ilerlerken, bu hareketin yönünü doğru algılamak için beyninizin “aşağı” ve “yukarı” kavramları arasında geçiş yapması gerekir. Çünkü beyniniz ile vücudunuzun dikey z eksenleri aynı yönde değildir. Vücudunuz için “yukarı” olan yön, beyninizin haritasında “aşağı” anlamına gelir.
Bu nedenle beyin, deriden gelen uyartıları önce ters çevirmeli, sonra doğru uzamsal konuma yerleştirmelidir. Bu da beynin her duyusal sinyali daha karmaşık biçimde işlemesi, dolayısıyla daha fazla enerji ve zaman harcaması anlamına gelir.
Bu nedenle, beyinle vücudu temsil eden iki boyutlu düzlemlerin birbirinin ayna simetrisi şeklinde konumlanmaması gerekir. Her iki düzlemin de aynı yöne bakması gerekir ki x, y ve z eksenleri aynı yönelimleri korusun. Bu durumda “yukarı” ve “aşağı” kavramları beyin ve beden için ortak bir anlam taşır.
Fakat düzlemler bu şekilde hizalandığında, sinirlerin bağlantı kurabilmesi için orta hattan geçerek çapraz yapması zorunlu hale gelir. Yani etkili ve tutarlı bir sinirsel ağ kurmanın yolu deküzasyondan, yani sinirlerin çaprazlanmasından geçer.
Yine de Tüm Gizemi Çözmüş Değiliz!
Bu açıklama matematiksel olarak anlamlı görünse de, beynimizle bedenimizin gerçekten bu nedenle böyle bağlandığını kesin olarak bilmiyoruz. Bu konuda yapılan biyolojik araştırmalar oldukça sınırlı. Bilim insanları genellikle bu tür durumlarda “bilim neyi açıklar, nedenini değil” diyerek konuyu kapatır.
Yine de bu yaklaşım, bakış açımızı değiştirerek biyolojinin çözülmemiş bazı gizemlerini anlamamıza yardımcı olabilecek güzel bir örnek oluşturur.
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
- Shinbrot T, Young W. Why decussate? Topological constraints on 3D wiring. Anat Rec (Hoboken). 2008 Oct;291(10):1278-92. doi: 10.1002/ar.20731. PMID: 18780298.
Matematiksel
