1.1. Duyu Nedir?

Canlıların özelliklerinden biri, çevrelerinde olup biten olayları algılayarak bunlara tepki verebilmeleridir. Bu algılama, belirli uyaranların hücrelerce işlenmesi yoluyla gerçekleşir. Uyaranların bu şekilde fizyolojik olarak algılanması, genel anlamıyla “duyumsama” olarak tanımlanır.

Sinir sistemi yeterince gelişmiş olan canlılarda, çeşitli uyaranların algılanabilmesi için her birine özel duyu organları gelişmiştir. Bunlar, belirli bir uyaran tipine tepki vermeye özelleşmiş hücre topluluklarıdır. Bu hücre toplulukları uyarıldıklarında, alınan sinyaller sinir hücreleri aracılığıyla beyne ya da sinir sisteminin ilgili bölümlerine iletilir, sinyallerin buralarda işlenmesi sonucunda da “tepki” ortaya çıkar.

1.2. Duyular Neden Gereklidir?

Bir canlının yaşamını devam ettirebilmesi için, kendi içinde ve çevresinde olup bitenleri anlayabilmesi gereklidir. Her şeyden önce, canlının iç ortamı belirli bir dengede tutulmalıdır. Hücrenin iç ortamında sıcaklık, pH (asidite) ve çeşitli moleküllerin dengesi belirli aralıkların dışına çıktığında, hücrenin canlılığı sona erer. Bu iç denge (homeostazi), sıklıkla dış koşullardan da etkilenir.

Çevre şartlarına karşı gerekli tepkilerin oluşturulabilmesi, ancak koşulların doğru şekilde algılanabilmesi sayesinde olasıdır. Bu anlamda duyular, canlıların çevrelerini tanıyabilmelerini ve belirli koşulların sonuçlarını öğrenmelerini sağlar, gereksinimlerini karşılamalarına yardımcı olur ve gerektiğinde onları uyararak, hareketlerini doğru şekilde yönlendirir.

Sıcaklık ve ışık, hemen tüm canlıların tepki gösterdikleri uyaranlardır. Canlıların protein yapısındaki düzenleyici molekülleri olan enzimler ve hormonlar, belirli sıcaklık aralıkları dışında işlevlerini yitirebilirler. Bu nedenle, sıcaklığın doğru şekilde algısı yaşamsal önem taşımaktadır.

Benzer bir durum, ışık için geçerlidir. Bazı canlılar için “besin üretme zamanı” anlamı taşıyan ışık varlığı, bazı canlılar için avlanma zamanını, bazıları için de avcılarından saklanma zamanını belirler. Bunun da ötesinde, farklı derecelerde ve şekillerde görme yeteneğine sahip olan canlılar, görüş için yeterli miktarda ışık varlığına gereksinim duyarlar.

Farklı ortamlarda yaşayan ve farklı gelişmişlik derecelerine sahip canlıların duyu sistemleri de farklı işler. Kara ortamında duyular, genel olarak, su ortamında olduğundan çok daha büyük önem taşımaktadır. Örneğin, sesin ve ışığın su ortamı içerisindeki hareket etme şekilleri farklı olduğundan, su canlılarının bunları algılamaya yönelik organları da kara canlılarından daha farklı gelişmiştir.

1.3. Duyu Algısı Nasıl Gerçekleşir?

Bazı canlılarda duyu algısı, yalnızca hücrenin belirli bir bölgesinde gerçekleşen basit bir kimyasal tepkime yoluyla gerçekleşir. Örneğin, bazı basit yapılı canlılarda (Protozoa), ışığa karşı duyarlı olan özel bir bölge bulunur. Canlı, bu bölgedeki pigmentin kimyasal değişikliğe uğraması sonucunda, ışık varlığından haberdar olur. Belirli bir uyaran varlığına duyarlı olan bu tip bölgelere ve yapılara “almaç = reseptör” adı verilir.

Çok hücreli canlılarda sinir sisteminin gelişmesiyle birlikte, işin içine “nöron” adı verilen sinir hücreleri ve bu hücrelerin sonlandıkları belirli yönetici merkezler girmeye başlamıştır. Sinir sistemlerinde beyin oluştuktan sonra, bu yönetici merkezlerin görevi de beyne aktarılmıştır. Yeterince gelişmiş bir sinir sistemindeyse, beynin belirli bölgeleri, belirli görevler için özelleşmiş durumdadır. İnsan beyninde duyular için özelleşmiş bölgeler, yandaki gibidir.

Farklı duyuların işlenmesi için özelleşen beyin bölgeleri, duyu almaçları ve sinir yolları (nöral pathway) ile birlikte, duyular sistemini meydana getirirler.

Nöronlar (sinir hücreleri), farklı şekillerde olabilen bir gövdeden çıkan “akson” ve “dendrit” adındaki uzantılara sahiptirler. İki nöron arası bağlantı, aksonlar ve dendritler arasında oluşan “sinaps” bölgeleriyle sağlanır. Nöronlarda sinyal iletimi, elektriksel yük değişiminin hücre boyunca akışıyla meydana gelir. Sinyal iletimiyle eşzamanlı olarak, dış ortamdaki pozitif yüklü sodyum (Na) iyonları nöron zarından hücre içine alınır. Bu şekilde meydana gelen elektrik yükü değişimi, bir potansiyel farkını meydana getirir. Bu potansiyel farkı, bir nörondan diğerine aktarılarak, vücut içinde istenen yere iletilir.

Duyu almaçları, bir organizmanın iç ya da dış ortamındaki belirli bir uyaran (stimulus) tipini tanıyabilen yapılardır. Bu yapılar, sorumlu oldukları uyaranla karşılaştıklarında, belirli bir değişime uğrarlar. Bu değişim sıklıkla, almaç hücrenin kendisinde ya da yanındaki hücrede bir potansiyel farkı oluşmasıdır. Almaçlar, sıklıkla derinin dermis ya da epidermis tabakasında, bazen de iç organların belirli bölgelerinde yer alırlar. Bir kısmı sinir hücrelerinin uçlarından meydana gelirken, bir kısmı da sinir hücresi olmayan özelleşmiş hücrelerdir.

Özelleşmiş hücreler halindeki duyu almaçları, tiplerine göre, farklı nöronlarca donatılmıştır. Almaçta gerçekleşen potansiyel farkı, almaç çevresini donatan nöron sonlanmalarına iletilir. Böylece, mekanik bir enerji olan uyartı, nöron zarında elektriksel bir iletiye (impuls) dönüştürülür ve sinir sistemine doğru yolculuğuna başlar.

Almaçlar ile bu şekilde bağlantı (sinaps) yapan sinir hücreleri, duyu sinirleri ya da afferent nöronlar (getirici sinir hücresi) olarak bilinir. Bu nöronlar, impulslar adı verilen uyartıları merkezi sinir sistemine iletirler. Bazen de, merkezi sinir sistemiyle bağlantılı olan diğer nöronlara iletim yaparlar. Tipik olarak tek ve uzun bir dendrit, kısa bir akson bölgesi ve yuvarlak şekilli bir gövdeye sahip olan afferent nöronlar, pseudounipolar tipte nöronlardır. Afferent nöronların yuvarlak gövdelerinin bir araya gelerek, omurilik ve beyin kökünün birleştiği noktada meydana getirdikleri şişkin bölgeye, dorsal kök gangliyonu adı verilir.

Sinirsel yol aracılığıyla merkezi sinir sistemine ulaşan uyartı, beynin ilgili bölgesine gider ve esas “duyu” algısı burada gerçekleşir. Beyinde bilginin işlenmesi sonucunda, uyaranın ne anlama geldiği ve tepki olarak ne yapılması gerektiği belirlenir.

Beyinde verilen karar, ikinci bir sinirsel yola girerek, tepkiyi vermesi gereken organa doğru ilerlemeye başlar. Tepkiyi verecek olan organ ya da yapıya efektör denir. Efektörler, sıklıkla kaslar ya da bezlerdir. Merkezi sinir sisteminden efektöre doğru sinyal taşıyan sinir hücreleri, motor sinirler ya da efferent nöronlar (götürücü sinir hücresi) olarak bilinirler. Bu nöronların mekik şekilli gövdeleri merkezi sinir sistemi içinde yer alıp, tek ve uzun bir aksonları ve çok sayıda kısa dendritleri bulunur. Efferent nöronlarla taşınan bilgi efektöre ulaştığında, beynin karar verdiği tepki oluşturulur.

Evrimsel olarak daha az gelişmiş sinir sistemlerinde, bu yapılar sayıca daha azdır. Bazen yalnızca almaç, tek bir motor sinir ve efektör organ bulunur. Bazen de hücrenin kendisi, uyarana karşı tepkiyi tek başına ve bölgesel olarak verir (Porifera’da olduğu gibi).

Reseptör organın ya da hücre grubunun etki-tepki alanı, reseptif alan olarak bilinir. Örneğin, gözün reseptif alanı, o anki görüş alanıdır. Reseptif alanın artması, uyaran şiddetinin artması, ya da uyarılan reseptör sayısının artması, duyu şiddetinin de artmasıyla sonuçlanır.

Sürekli ve sabit şiddette bir uyaran varlığında, belirli bir süre sonra, reseptörlerde adaptasyon görülebilir. Örneğin, protez kullanmaya başlayan bir insan, protezin yerleştirildiği bölgedeki reseptörlerin sürekli uyarılması nedeniyle ilk başta rahatsızlık hissedebilir. Ancak, bir süre sonra bu duruma alıştığı görülür. Bunun nedeni, sürekli olarak uyarılan temas reseptörlerinin bir süre sonra adaptasyon kazanması ve impuls yaratmayı bırakmasıdır.

Adaptasyon hızına göre reseptörler iki çeşittir:
1) Fazik reseptörler: Sabit uyarıya bir kez impuls oluşturup, uyaran devam etse bile yeniden impuls oluşturmayan reseptörlerdir. Bunlar, hızlı adaptasyon geçirirler. Basınç almaçları bu tiptedir.
2) Tonik reseptörler: Sabit bir uyarıya sürekli olarak impuls oluşturan reseptörlerdir. Bunlar, yavaş adaptasyon geçirirler. Ağrı-acı almaçları bu tiptedir.

1.4. Duyuların Sınıflandırılması

İnsan duyuları için özelleşmiş almaçlar, duyu algısını meydana getiren uyaran türüne göre çeşitli kategorilere girerler.

Almaç tipi	Uyaran
Mekanoreseptör	Basınç, temas, hareket, gerim, ses, denge, vücut pozisyonu
Fotoreseptör	Işık
Kemoreseptör	Tat, koku, oksijen, karbondioksit, asitlik (pH)
Ozmoreseptör	Ozmotik basınç
Termoreseptör	Sıcak-soğuk, kızılötesi
Nosireseptör	Ağrı, acı
Elektroreseptör	Elektrik
Nem reseptörleri	Nem
Magnetoreseptör	Manyetik alanlar

Mekanoreseptörler ve fotoreseptörler, fiziksel uyaranlara karşı tepki verirler. Bunların bir kısmında, hücre zarları gerildiğinde zarın iyon geçirgenliği değişir ve impuls doğurucu potansiyel yükselmeye başlar. Bu potansiyel belirli bir eşik değerini geçtiğinde de, sinir iletimini başlatılır.

Mekanoreseptörler, vücudun farklı yerlerinde bulunabilirler ve çok çeşitli uyaranlara karşı cevap oluştururlar. Bunlara örnek olarak, serbest sinir uçlarında ve kıl köklerinde bulunan temas ve basınç almaçlarını, eklem yerlerinde bulunan ve hareketi algılayan kinestetik almaçları, kas kirişlerinde, akciğerlerde ve damar çeperlerinde bulunan gerim almaçlarını, işitme duyusundan sorumlu almaçları, iç kulakta bulunan denge ve vücut pozisyonu algılayıcı almaçları verebiliriz.

Fotoreseptörler, ışık enerjisindeki değişikliklere karşı duyarlıdır. İnsanda gözün retinasında (ağ tabaka) bulunurlar, basit yapılı bazı canlılardaysa tekil pigmentlerin yapısında yer alabilirler.

Tat ve koku gibi duyuların algısından sorumlu olan kemoreseptörler, belirli kimyasallara bağlanırlar. Örneğin, koku almaçları, koku moleküllerinin yapısıyla etkileşime girerek aktif hale geçerler. Benzer şekilde, tat tomurcukları da besin maddelerindeki kimyasallarla etkileşime girerek sinir iletimini başlatırlar. Kandaki oksijen, karbondioksit ve pH değişimleri de yine kemoreseptörlerce algılanır. Beyinde ve hipotalamusta bulunan ozmotik basınç almaçları, bazı araştırmacılarca kemoreseptörler içinde ele alınırken, bazı araştırmacılarca ayrı bir grup olarak (ozmoreseptörler) incelenirler.

Termoreseptörler ise, ısı enerjisindeki değişimlere duyarlıdırlar ve sıcaklık ya da soğukluk duyularından sorumludurlar. Yarasalarda ve bazı yılan türlerinde bulunan kızılötesi almaçları da yine termoreseptörlerin bir çeşididir.

Bunların dışında, yaralayıcı ve can yakıcı uyaranları algılayan nosireseptörler, bazı balıklarda elektrik alanlarını algılayabilen elektroreseptörler, birçok karasal kabukluda nem almaçları, kuşlarda ve arılarda da manyetizma almaçları bulunmaktadır.

İnsanda geleneksel olarak 5 duyunun varlığından söz edilir: görme, işitme, tat alma, koku alma ve dokunma. Bu 5 duyunun dışında, ağrı, denge, hareket, zaman, ısı ve yön duyuları olmak üzere en az 6 ek duyumuzun daha bulunduğu bilinmektedir.