Beynin Detaylı Haritası Çıkarıldı
Uluslararası bir araştırma konsorsiyumu, sadece birkaç yıl önce ulaşılması imkânsız görünen bir başarıya imza atarak, bugün meyve sineği beyninin tamamının ilk tam bağlantı şemasını ortaya çıkardı. Haritaya eşlik eden bir dizi makale, bu atılımın şimdiden nasıl yeni bilimsel bulgulara yol açtığını ve çok daha fazlasının geleceğini gösteriyor.
Beyin haritalarına neden ihtiyacımız var?
Bir beyindeki her nöronu ve aralarındaki sayısız bağlantıyı gösteren haritalara konnektom denir. Bu şekilde haritalandırılan ilk organizma, sinir sistemi 1986’da ufuk açıcı bir makalede bütünüyle tanımlandıktan sonra Caenorhabditis elegans solucanı oldu. Bu çalışma, en yaygın kullanılan model organizmalarımızdan biri olan C. elegans ile ilgili araştırmaların geleceğini şekillendirdi ve etkisi bugün hala hissediliyor.
Ama C. elegans’ın aslında bir beyni yok. En azından bizim tanıyabileceğimiz bir beyni yok. Sadece bir “sinir halkası” ile oldukça havalı şeyler yapmayı başarır, hatta bazı temel öğrenmeleri bile gösterir, ancak insan beyninin karmaşıklığına yaklaşmaya başlamak istiyorsanız başka bir yere bakmanız gerekir.
İşte burada Drosophila melanogaster devreye giriyor. Meyve sineği sinirbilimde en kullanışlı model organizmalardan biridir.
“Yeni araştırmanın eş liderlerinden Cambridge Üniversitesi’nden Dr. Gregory Jefferis yaptığı açıklamada, “Sinekler yürümek, uçmak, yön bulmak ve erkeklerin dişilere şarkı söylemesi gibi her türlü karmaşık şeyi yapabilirler. Tüm bunları beyinlerinde bulunan ve 50 milyondan fazla sinapsla birbirine bağlı 139.255 nöron sayesinde başarabiliyorlar.
“Jefferis sözlerini şöyle sürdürdü: “Beynin nasıl çalıştığını anlamak istiyorsak, tüm nöronların nasıl bir araya gelerek düşünmemizi sağladığına dair mekanik bir anlayışa ihtiyacımız var. “Çoğu beyin için bu ağların nasıl işlediğine dair hiçbir fikrimiz yok.”
Bu nedenle pek çok bilim insanı connectomics alanını destekliyor ve bir beyni bu düzeyde haritalamanın değerini kabul ediyor.
Buraya nasıl geldik?
FlyWire Konsorsiyumu, meyve sineği beyninin tam bir konnektomunu üretmek amacıyla en son teknolojiden yararlanmanın ve dünyanın dört bir yanındaki düzinelerce laboratuvardan uzmanlığı bir araya getirmenin bir yolu olarak başlatıldı. Ancak karşılaştıkları görev göz korkutucuydu. Anita V. Devineni, yeni yayınlanan makalelere eşlik eden News & Views makalesinde “Sadece birkaç yıl önce, eksiksiz bir Drosophila konnektomu elde etmek ulaşılamaz görünüyordu” diye yazıyor.
C. elegans sadece 302 nöron içeriyor. Bilim insanları daha önce de yaklaşık 3.000 nöron içeren larva meyve sineği beyninin haritasını çıkarmıştı. Ancak yetişkin bir meyve sineği için bunu 140.000’e yaklaştırmaları gerekecekti – ve bu bile 80 milyardan fazla nöron içerdiği düşünülen insan beyni tarafından hala cüce kalıyor.
Harita, yetişkin bir dişi meyve sineği beyninin 21 milyon görüntüsüyle başladı. Yapay zeka (AI) yardımıyla görüntüler hizalandı ve tek tek nöronların 3D rekonstrüksiyonları oluşturuldu. Bu “ilk taslağın” daha sonra titizlikle düzeltilmesi gerekiyordu, bu nedenle konsorsiyum dünyanın dört bir yanından yüzlerce araştırmacı ve vatandaş bilim insanının yardımını aldı. Tek bir kişinin bu işi tam zamanlı olarak yapmasının 33 yıl alacağı tahmin ediliyor.
Dr. Shelli Avenevoli bir başka açıklamasında, “2021 yılında nöronların yalnızca yüzde 15’i düzeltilmişti, bu nedenle yalnızca üç yıl içinde ne kadar ilerleme kaydedildiğini düşünmek şaşırtıcı” dedi.
Daha sonra sinapsları tanımlamak ve kategorize etmek için mevcut diğer verilerden yararlanıldı – hepsi 50 milyon! – Ardından da haritayı “okuma” görevi geldi. Makalelerden birinde Jefferis, Vermont Üniversitesi’nden Davi Bock ve diğer meslektaşlarıyla birlikte beyinde bulunabilecek farklı nöron türlerini açıklıyor. Toplamda 8.400’den fazla nöron var ve bunların 4.500’den fazlası bilim için yepyeni.
Farklı araştırma projelerinde üretilen bazı 3D animasyonlarla beynin farklı bölümlerinin derinliklerine bir bakış atabiliyoruz. Burada, dişinin potansiyel eşlerin şarkılarını tespit etmek için kullandığı hücreler olan sineğin işitsel nöronlarına doğru uçabilirsiniz.
CT1 nöronu, her biri tüm bir göze yayılan ve 140.000’den fazla sinaps içeren yalnızca iki nörondan biridir.
Buradan nereye gideceğiz?
Bu inanılmaz bir buluş, ancak insan beyni için de benzer bir şey görmeyi umuyorsanız muhtemelen bir süre beklemeniz gerekecek. Bütün bir sinek beyni 1 milimetreden daha az genişliktedir; bütün bir insan beyni ise neredeyse anlaşılmaz derecede daha karmaşıktır.
Ancak ekibin aklında şimdiden başka bir hedef var. Araştırmanın eş liderlerinden Princeton Üniversitesi’nden Dr. Sebastian Seung, “Sinek beyni, bütün bir fare beyninin bağlantı şemasını yeniden oluşturma yolunda bir kilometre taşı” yorumunu yaptı.
FlyWire artık nelerin başarılabileceğini gösterdiğine göre, aynı yaklaşımın daha büyük zorlukların üstesinden gelmek için kademeli olarak ölçeklendirilmemesi için hiçbir neden yok. Ve bu arada, konnektom insanlar için de önemli etkileri olabilecek araştırmaları şimdiden kolaylaştırıyor. Devineni şöyle yazıyor: “Bağlantının izini sürmek için anatomik deneylere harcanan yılların emeğinin yerini FlyWire web sitesinde birkaç tıklama alacak.”
Sinekler DNA’mızın yüzde 60’ını paylaşıyor ve beyinlerimizin çalışma biçiminde pek çok paralellik var. Bu yeni beyin haritasının yayınlanması, şüphesiz önümüzdeki on yıllar boyunca sinirbilim araştırmalarını şekillendirecek gerçek bir dönüm noktasına işaret ediyor.
Kaynak: https://www.iflscience.com
İnsan Beyninin En Büyük 3D Haritalanmış Parçası Pirinç Tanesine Sığabilir