Elimizi sıcak bir yüzeyden hızla çektiğimizde, yürürken dengemizi koruduğumuzda veya bir bardağı kırmadan kavradığımızda beynimiz, omuriliğimiz, sinirlerimiz ve kaslarımız birlikte çalışıyor. Bugün doğal kabul ettiğimiz bu koordinasyonun nasıl gerçekleştiğini anlamamıza en büyük katkılardan birini Charles Scott Sherrington yaptı.
İngiltere’de çalışan Sherrington, özellikle Liverpool Üniversitesi ve daha sonra Oxford Üniversitesi’ndeki araştırmalarıyla sinir sisteminin yalnızca mesajları bir noktadan diğerine taşıyan bir ağ olmadığını gösterdi. Döneminin yöntemleriyle çoğunlukla deney hayvanları üzerinde yürüttüğü çalışmalar, omuriliğin ve sinir hücreleri arasındaki bağlantıların gelen bilgiyi seçen, düzenleyen ve uygun harekete dönüştüren aktif bir sistem olduğunu ortaya koydu. [1]
Bir kas çalışırken karşısındaki kas neden gevşiyor?
Dirseğinizi büktüğünüzü düşünün. Bu hareket için pazu kasının kasılması tek başına yeterli değildir. Dirseği ters yönde hareket ettiren karşıt kasın da aynı anda uygun biçimde gevşemesi gerekir.
Aksi hâlde iki kas grubu birbirine karşı çalışır ve hareket sert, verimsiz hatta bazı durumlarda olanaksız hâle gelir.
Sherrington’ın 19. yüzyılın sonlarında yaptığı deneyler, birbirine karşı çalışan kasların sinir sistemi tarafından koordineli şekilde kontrol edildiğini ayrıntılı biçimde ortaya koydu. Bir kas grubuna hareket emri gönderilirken karşıt kas grubunun sinirsel etkinliği azaltılabiliyordu. [1]
Bu düzenleme “karşılıklı innervasyon” olarak bilinir. Bunun önemli parçalarından biri “karşılıklı inhibisyon”, yani bir kasın çalışabilmesi için karşıt kasın sinirsel olarak baskılanmasıdır.
Buradaki “inhibisyon” kelimesi bir hastalık ya da işlev kaybı anlamına gelmez. Sinir sisteminin gerekli olmayan bir faaliyeti geçici olarak azaltması veya durdurması anlamına gelir.
Sherrington’ın önemli katkılarından biri, merkezi sinir sistemindeki bu baskılayıcı mekanizmaların hareketin koordinasyonundaki rolünü sistematik biçimde göstermesiydi.
Bugün yürümekten koşmaya, merdiven çıkmaktan elimizle hassas bir nesneyi tutmaya kadar çok sayıda hareketin arkasında benzer sinirsel düzenlemeler bulunuyor.
Omurilik yalnızca bir iletişim kablosu değildi
Sherrington’ın yaşadığı dönemde omuriliğin çalışma biçimi bugünkü kadar ayrıntılı bilinmiyordu.
Omuriliğin beyinden gelen emirleri kaslara, vücuttan gelen duyuları da beyne taşıyan bir tür iletişim hattı olduğu biliniyordu. Ancak bu yapının gelen bilgileri ne ölçüde işleyebildiği henüz tam olarak anlaşılmamıştı.
Sherrington’ın deneyleri bu düşünceyi değiştirdi.
1906 yılında The Journal of Physiology’de yayımlanan ünlü çalışmalarından birinde köpeklerde “kaşınma refleksi”ni inceledi. Araştırmalar, omuriliğin belirli uyaranlara karşı yalnızca tek bir kası harekete geçirmek yerine, art arda çalışan kas gruplarını düzenleyebildiğini gösterdi. [2]
Başka bir ifadeyle omurilik, pasif bir kablodan çok daha fazlasıydı.
Sinir sistemine ulaşan farklı uyarılar birbirleriyle etkileşebiliyor, bazıları hareketi güçlendirirken bazıları baskılayabiliyordu. Sonuçta vücut, tek tek kas kasılmaları yerine amaca uygun ve koordineli bir hareket ortaya çıkarıyordu.
Bu çalışmaların büyük bölümünün deney hayvanlarında gerçekleştirildiğini özellikle belirtmek gerekiyor. Sherrington’ın araştırmaları günümüzdeki anlamıyla insanlarda yürütülen klinik araştırmalar değildi. Ayrıca deneylerin gerçekleştirildiği dönemin hayvan araştırmalarına ilişkin etik standartları da bugünkülerden önemli ölçüde farklıydı.
Sinir hücreleri arasındaki kavşak: Sinaps
Charles Sherrington denildiğinde akla gelen en önemli kavramlardan biri de “sinaps”.
Sinaps, basit anlatımla bir sinir hücresinin başka bir sinir hücresine veya hedef hücreye bilgi aktardığı özel bağlantı bölgesidir.
Beynimizde ve omuriliğimizde bulunan milyarlarca sinir hücresi, birbirleriyle bu bağlantılar üzerinden iletişim kurar. Bir düşüncenin oluşması, bir kasın hareket etmesi veya bir dokunuşun hissedilmesi, çok sayıda sinapsın birlikte çalışmasını gerektirir.
Ancak “sinaps kelimesini Sherrington icat etti” demek tarihsel süreci fazla basitleştirir.
- yüzyılın sonunda sinir hücreleri arasındaki özel bağlantıyı tanımlamak için yeni bir terime ihtiyaç duyuldu. Sherrington, fizyolojik kavramın geliştirilmesinde merkezi rol oynarken kelimenin oluşturulmasına Cambridge Üniversitesi klasik diller uzmanı Arthur Woollgar Verrall katkıda bulundu. “Synapse” sözcüğü 1897’de Michael Foster’ın A Textbook of Physiology adlı eserinin Sherrington’ın katkıda bulunduğu bölümünde bilimsel kullanıma girdi. [3]
Sherrington’ın asıl kalıcı katkısı kelimenin kendisinden çok, bu bağlantıların sinir sisteminin çalışma biçimindeki önemini kavramasıydı.
Sinir sistemi yalnızca elektriksel mesajların kablolar boyunca ilerlediği bir yapı değildi. Sinir hücrelerinin birbirleriyle buluştuğu bağlantı noktalarında bilgi değiştirilebiliyor, güçlendirilebiliyor veya baskılanabiliyordu.
Modern nörobilimin en önemli araştırma alanlarından biri hâline gelen sinaptik iletişimin kavramsal temellerinde Sherrington’ın bu yaklaşımının önemli bir yeri bulunuyor. [3]
Gözlerinizi kapatınca elinizin nerede olduğunu nasıl biliyorsunuz?
Gözlerinizi kapatıp sağ kolunuzu başınızın üzerine kaldırın.
Kolunuzu görmüyor olmanıza rağmen onun yukarıda olduğunu bilirsiniz. Aynı şekilde karanlıkta ayakta dururken bacaklarınızın konumunu sürekli gözlerinizle kontrol etmeniz gerekmez.
Bu yeteneğin temelinde “propriyosepsiyon” bulunur.
Propriyosepsiyon, vücudun kendi konumunu ve hareketini algılama duyusudur. Kaslardan, tendonlardan, eklemlerden ve diğer yapılardan gelen bilgiler beyne ve omuriliğe sürekli olarak vücudun hangi pozisyonda bulunduğunu bildirir.
Sherrington, 1906’da yayımlanan The Integrative Action of the Nervous System adlı eserinde proprioseptif sistemi nörofizyolojik bir çerçeveye yerleştirdi. Daha sonra proprioseptif sistem üzerine çalışmalarını ayrıntılandırdı. [4][5]
Bu duyunun günlük hayattaki önemini çoğu insan fark etmez çünkü propriyosepsiyon sürekli ve büyük ölçüde bilinç dışında çalışır.
Bir merdiveni çıkarken ayağın basamağa hangi açıyla yerleşeceği, yürürken dizin ne kadar büküleceği veya elimizi burnumuza götürürken kolun hangi konumda olduğu sürekli olarak sinir sistemine bildirilir.
Propriyoseptif bilgiler ciddi biçimde bozulduğunda ise kişi kas gücü korunmuş olsa bile hareketlerini kontrol etmekte zorlanabilir. Özellikle görsel bilgi ortadan kalktığında denge ve hareket kontrolü belirgin biçimde güçleşebilir.
Refleksleri tek tek değil, bir bütünün parçaları olarak gördü
Sherrington’ın bilim dünyasına yaptığı en büyük katkılardan biri, refleksleri birbirinden bağımsız otomatik hareketler olarak görmek yerine sinir sisteminin bütünleşmiş çalışmasının parçaları olarak değerlendirmesiydi.
1906 tarihli The Integrative Action of the Nervous System adlı kitabı bu düşüncenin en önemli eserlerinden biri oldu. [4]
Sherrington’ın temel sorusu oldukça büyüktü:
Vücudun farklı bölgelerinden aynı anda gelen binlerce sinyal nasıl oluyor da tek ve uyumlu bir davranışa dönüşüyordu?
Örneğin yürümek yalnızca bacak kaslarının kasılması değildir.
Ayak tabanından gelen dokunma bilgisi, kaslardan gelen gerilme bilgisi, iç kulaktaki denge sistemi, omurilikteki sinir devreleri ve beyinden gelen hareket emirleri aynı anda değerlendirilir.
Sinir sistemi bu bilgilerin bazılarını güçlendirir, bazılarını baskılar ve sonunda dengeli bir hareket ortaya çıkarır.
Sherrington’ın “bütünleştirici eylem” yaklaşımı, sinir sisteminin yalnızca uyarılara tepki veren basit bir makine olmadığını ortaya koyuyordu. Sistem, aynı anda gelen çok sayıda bilgiyi bir araya getiriyor ve organizmanın ihtiyacına uygun tek bir yanıt oluşturuyordu. [4][6]
Bu düşünce, daha sonraki nörofizyoloji araştırmalarının önemli kavramsal temellerinden biri hâline geldi.
Nobel Ödülü’ne uzanan bilimsel yolculuk
Sherrington, 1895’ten 1913’e kadar Liverpool Üniversitesi’nde fizyoloji profesörü olarak çalıştı. Ardından Oxford Üniversitesi’ne geçti ve burada Waynflete Fizyoloji Profesörü olarak araştırmalarını sürdürdü.
1932 yılında Edgar Douglas Adrian ile birlikte Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü’ne layık görüldü.
Nobel Komitesi ödülü iki bilim insanının “nöronların işlevlerine ilişkin keşifleri” nedeniyle verdi. Sherrington’ın reflekslerin organizasyonu, merkezi sinir sistemindeki uyarıcı ve baskılayıcı süreçler ve sinir sisteminin bütünleştirici çalışması üzerine yaptığı araştırmalar bu bilimsel mirasın temelini oluşturuyordu. [7]
Ancak Sherrington’ı modern nörobilimin tek kurucusu olarak tanımlamak doğru olmaz.
Sinir sisteminin anlaşılmasına Santiago Ramón y Cajal, Camillo Golgi, Edgar Adrian, John Eccles, Alan Hodgkin, Andrew Huxley ve çok sayıda başka bilim insanı da temel katkılar yaptı.
Sherrington’ın özel yeri, hareket ve reflekslerin tek tek sinirlerden değil, birbirleriyle sürekli etkileşen sinir devrelerinden doğduğunu güçlü bir deneysel ve kavramsal çerçeve içinde göstermesiydi.
Bugün bir nöroloğun refleks muayenesinden fizyoterapistin denge ve hareket çalışmalarına, omurilik araştırmalarından sinapsların moleküler yapısını inceleyen laboratuvarlara kadar pek çok alan Sherrington’ın geliştirilmesine katkıda bulunduğu kavramları kullanmaya devam ediyor.
Charles Scott Sherrington 1952’de yaşamını yitirdiğinde elektron mikroskobu, modern beyin görüntüleme yöntemleri ve moleküler nörobilim henüz bugünkü düzeyinde değildi. Sonraki araştırmalar sinir hücreleri arasındaki iletişimin Sherrington’ın görebildiğinden çok daha karmaşık olduğunu ortaya koydu. Ancak onun yaklaşık bir asır önce sorduğu temel soru güncelliğini koruyor: Milyarlarca ayrı sinir hücresinin faaliyeti nasıl oluyor da tek bir bedenin uyumlu hareketine, algısına ve davranışına dönüşüyor? Modern nörobilim bugün hâlâ bu sorunun ayrıntılarını çözmeye çalışıyor. [3][6]
Kaynaklar
[1] Sherrington CS. Further Experimental Note on the Correlation of Action of Antagonistic Muscles. British Medical Journal. 1893;1:1218. DOI: 10.1136/bmj.1.1693.1218.
[2] Sherrington CS. Observations on the Scratch-Reflex in the Spinal Dog. The Journal of Physiology. 1906;34:1-50. DOI: 10.1113/jphysiol.1906.sp001139.
[3] Tansey EM. The Synapse: People, Words and Connections. Neuronal Signaling. 2022;6(2):NS20220017. DOI: 10.1042/NS20220017.
[4] Sherrington CS. The Integrative Action of the Nervous System. Yale University Press. 1906.
[5] Sherrington CS. On the Proprio-ceptive System, Especially in Its Reflex Aspect. Brain. 1907;29(4):467-482. DOI: 10.1093/brain/29.4.467.
[6] Levine DN. Sherrington's “The Integrative Action of the Nervous System”: A Centennial Appraisal. Journal of the Neurological Sciences. 2007;253(1-2):1-6. DOI: 10.1016/j.jns.2006.12.002.
[7] Nobel Foundation. The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1932: Charles Scott Sherrington and Edgar Douglas Adrian. Nobel Foundation. 1932.
