İnsan beyni hiç bir bilgisayarla karşılaştırılmayacak kadar karmaşık ve üstün bir sisteme sahiptir. Beynin içine derinlemesine girildikçe, bizim kavrayabilme sınırlarımızı zorlayan detaylarla karşılaşırız, orda henüz kavramayı tam olarak beceremediğimiz bambaşka bir dünya vardır.
Bizim yerimize düşündüğünü zannettiğimiz beyin aslında karar verme yeteneğine sahip olmayan basit hücrelerden oluşur.
Dişideki yumurta hücresinin, erkekten gelen sperm hücresiyle birleşmesi sonucu meydana gelen hücre, tekrar-tekrar bölünerek binlerce, milyonlarca hücre oluşturur. Vücutta bulunan tüm hücrelerin ortak özellikleri vardır. Çekirdek, mitekondri, sitoplazma vb… Fakat her hücre farklı bir dokuyu oluşturur. Beyin ve sinir sistemini oluşturan hücrelere nöron denir. Nöronların ise diğer hücrelerden belirgin olarak görülen farklılıkları akson ve dendrit adı verilen iki uzantılarının olmasıdır. Hücre çoğalmasının 18. gününde sinir sisteminin ilk farklılaşmaları oluşmaya baslar. Embriyonun sinir sistemi oluşmaya başlarken başkalaşan sinir hücrelerinin akson ve dendritleri hücre gövdesinden uzar. Her nöronun sahip olduğu akson ve dendritlerin uzunlukları birbirinden farklıdır ve hepsi sahip oldukları uzunluklara göre bir görev üstlenmişlerdir. Mesela, omurilikten ayağa mesaj iletecek akson 1 m. uzunluğundayken, gözümüzden beynimize uzanan diğer bir akson sadece 5 cm. uzunluğundadır. Vücuttaki milyarlarca akson ve dendrit, görevlerini gerçekleştirmek için sadece kendilerine gerekli olacak uzunluğa kadar gelişir ve ardından büyümeleri durur. Vücuttaki tüm nöronların sahip olduğu bu uzantılar sayesinde tüm bilgiler gereken yerlere iletilir. Nöronların bu şekilde olması, vücudun her kösesine yayılarak sinir sistemimizi oluşturmalarını ve vücudumuzdaki haberleşmeyi çok hızlı bir şekilde gerçekleştirmelerini sağlar. Böylece beyin vücuttaki her noktadan eksiksiz bilgi alır. İletişimin en önemli elemanları ise elbette ki nöronlardaki akson ve dendritlerdir. Her ikisi arasında çok uyumlu bir iş bölümü vardır. Dendritler gelen mesajı hücre gövdesine iletmekle, aksonlar ise hücre gövdesinde değerlendirilen bu mesajı başka bir nörona iletmekle görevlidirler.
Bir nöronun birden çok dendrite sahip olması onun vücudunun değişik yerlerindeki nöronlarla birebir iletişim halinde olmasını sağlar. İnsan bedenindeki 100 milyar nöron göz önüne alındığında ve bunların her birinin birden fazla dendrite sahip olduğu düşünüldüğünde, sinir sisteminin, ne kadar karmaşık olduğu daha iyi anlaşılacaktır. Tipik bir nöron 1.000 ile 10.000 farklı bağlantıya sahip olabilir ve 1.000 farklı nörondan bilgi alabilir. Bu da, ‘bir nöronun dendritleri, vücuttaki diğer 10.000 farklı nöronla dolaylı bağlantıya geçerek, onlardan da kendisine bilgi akışı olmasını sağlayabilir’ demektir ki bu böylece uzayıp gider. Bu rakamlar üzerinde düşündüğümüzde de, sinir sistemindeki sonsuz bağlantıların oluşturduğu karmaşık ağ daha iyi hayal edilebilir.
Beyin ve sinir sisteminde fiziksel katmana bakıldığında, işlemci, sinyal iletim ortamı ve yol verici olarak, sinir sisteminin temel öğesi olan nöron, ya da sinir hücresi görülmektedir. Sinir hücresini oluşturan dendrit, hücre gövdesi, akson ve akson uçları (sinaps) şekilde gösterilmiştir. Dendritler sinaptik sinyalleri girdi olarak almakta, hücre gövdesi bu sinyalleri -bilindiği kadarıyla- analog bir yöntemle işlemekte ve üretilen denetim sinyali ya da sinyalleri aksonlar aracılığı ile denetlenecek hedef hücrelere iletilmektedir.
Tipik bir nöron, hücre gövdesi ve dendritleri üzerine dış kaynaklardan gelen elektrik darbelerinden üç şekilde etkilenir. Gelen darbelerden bazısı nöronu uyarır, bazısı bastırır, geri kalanı da davranışında değişikliğe yol açar. Nöron yeterince uyarıldığında çıkış kablosundan (aksonundan) aşağı bir elektriksel işaret göndererek tepkisini gösterir. Genellikle bu tek akson üzerinde çok sayıda dallar olur. Aksondan inmekte olan elektrik işareti dallara ve alt dallara ve sonunda başka nöronlara ulaşarak onların davranışını etkiler. Nöron, çok sayıda başka nöronlardan genellikle elektrik darbesi biçiminde gelen verileri alır. Yaptığı iş bu girdilerin karmaşık ve dinamik bir toplamını yapmak ve bu bilgiyi aksonundan aşağı göndererek bir dizi elektrik darbesi biçiminde çok sayıda başka nörona iletmektir. Bu çalışma mantığı örnek alınarak yapay sinir ağları geliştirilmiştir. Nöron, bu etkinlikleri sürdürmek ve molekül sentezlemek için de enerji kullanır fakat başlıca işlevi işaret alıp işaret göndermektir, yani bilgi alışverişidir.
Ortalama bir beyinde milyarca sinir hücresi vardır. Dolayısıyla sayıları arttıkça beyin işlevlerinin de artacağı açıktır. Nöron sayısı kadar önemli olan bir diğer özellik; nöronların uzantıları aracılığı ile diğer nöronlarla oluşturdukları ilişkilerdir. Bilgi alışverişinin yapıldığı bu ilişki noktaları (sinapslar) nöron başına 1000 ile 10.000 arasında değişir. Sinapslar, etkiye akım var / akım yok şeklinde tepki gösterir. Demek ki, bir nöron 103 hatta 104 tepki verebilir. 1010 nöron olduğuna göre, sinir sisteminde tepki sayısı ya da bilgisayar deyimiyle söylersek bit sayısı, 10 trilyon ile 100 trilyon arasında değişecektir. Bu bit sayısı 500 sayfalık, bir milyon kitabı dolduracak büyüklüktedir. (Yaklaşık 116.416 Gb.)
