MRC/Nature: Sinek Beyninin Karmaşık Yapısı
Sinekler, görünüşte basit canlılar olmalarına rağmen, oldukça karmaşık ve etkileyici bir beyin yapısına sahiptir. Beyinleri, 130 binden fazla nöron ve 50 milyon bağlantı içerir. Bu küçük canlılar, yürüyebilir, havada süzülebilir ve özellikle erkek sinekler, dişi sinekleri etkilemek için aşk şarkıları bile söyleyebilir. Tüm bu faaliyetler, bir toplu iğne başından daha küçük olan beyinleriyle gerçekleştirilmektedir.
Bilim insanları, meyve sineği beyinlerini araştırarak, ilk kez 130 bin beyin hücresinin ve 50 milyon bağlantının şekil ve konumunu detaylı olarak haritaladı. Bu çalışma, yetişkin bir hayvan beyninin şimdiye kadar yapılmış en kapsamlı analizi olarak kabul edilmektedir. Araştırmaya katılmamış olan önde gelen bir beyin uzmanı, bu çalışmayı insan beynini anlamada büyük bir ilerleme olarak nitelendirdi.
Cambridge’deki Tıbbi Araştırma Konseyi’nin Moleküler Biyoloji Laboratuvarı’ndan Dr. Gregory Jefferies, şu anda beyinlerimizdeki hücre ağının, birbirimizle ve etrafımızdaki dünya ile etkileşimimize nasıl olanak tanıdığı konusunda henüz yeterli bilgiye sahip olmadığımızı vurguladı. “Bağlantılar nelerdir? Yüzünüzü tanımak için gerekli bilgiyi işleyen, sesimi duymanızı ve bu kelimeleri elektrik sinyallerine dönüştüren sistemde sinyaller nasıl akıyor?” diye sordu. “Sinek beyninin haritalanması, gerçek anlamda kayda değer bir çalışma ve kendi beyinlerimizin nasıl çalıştığını anlamamıza yardımcı olacak.”
Bu araştırmada incelenen meyve sineğine kıyasla, insanlar bir milyon kat daha fazla beyin hücresine, yani nörona sahiptir. Peki, sineklerin beyinlerindeki bağlantıların haritası, bilim insanlarının düşünme şeklimizi anlamasına nasıl yardımcı olabilir? Nature dergisinde yayımlanan bilim insanlarının ürettiği diyagramlar, karmaşık ama bir o kadar da güzel bağlantıları sergilemektedir. Bu kadar küçük bir organın bu denli güçlü hesaplama görevlerini yerine getirebilmesi, onun yapısındaki ve şekil özelliklerindeki karmaşıklığı anlamakla mümkündür. Örneğin, bu görevleri yerine getirecek bir haşhaş tanesi büyüklüğünde bir bilgisayar yapmak, mevcut bilimsel imkanların çok ötesinde bir zorluktur.
Projenin liderlerinden Princeton Üniversitesi’nden Dr. Mala Murthy, bilimsel olarak “konnektom” olarak adlandırılan yeni bağlantı diyagramlarının nörobilimciler için dönüştürücü olacağını ifade etti. “Araştırmacılara, sağlıklı bir beynin nasıl çalıştığını daha iyi anlamalarına yardımcı olacak. Gelecekte, beynimizde işler yolunda gitmediğinde neler olduğunu kıyaslamanın mümkün olmasını umuyoruz.” dedi.
Çalışmada yer almayan Londra’daki Francis Crick Enstitüsü’nde beyin araştırmaları grup lideri Dr. Lucia Prieto Godolo, bu görüşü destekleyerek, “Araştırmacılar, 300 konnektomu bulunan basit bir solucanı ve 3 bin bağlantısı olan bur kurtçuğun bağlantılarını tamamlamıştı. Ancak 130 bin bağlantının bulunması, fareler gibi daha büyük beyinlerde ve belki de 10-20 yıl içinde kendi beyinlerimizdeki konnektomları bulmak adına büyük bir teknik ilerleme.” şeklinde konuştu.
Bu bağlantılar, sineğin uçuşunu kontrol eden devreyi ve görüşün işlenmesi için gereken bağlantıları gösteriyor. Görüş, hareketten çok daha fazla hesaplama gerektirdiğinden, daha fazla nöron bu işleve katkıda bulunuyor. Araştırmacılar, her bir fonksiyon için ayrı devrelerin tespit edildiğini ve bunların nasıl bağlantılı olduğunu gösterdi. Örneğin, hareketle ilgili bağlantılar beynin tabanında, görmeyi işlemek için gerekenler ise yanlarda yer alıyor. Görmek için çok daha fazla sayıda nöronun rol oynaması gerekiyor, çünkü görüş için daha fazla hesaplama gücü gerekli.
Sinekleri Avlamak Neden Zor?
Diğer araştırmacılar, devre diyagramlarını kullanarak sinekleri avlamanın neden bu kadar zor olduğunu incelemeye başladılar. Görüş devreleri, sineğin üzerine doğru gelen nesnenin hangi yönden geldiğini tespit ediyor ve sineğin bacaklarına sinyal gönderiyor. Ancak, nesneden uzaktaki bacaklara daha güçlü bir zıplama sinyali gidiyor. Bu sayede sinekler, düşünmeden hızlıca zıplayabiliyorlar. Bu durum, insanların neden nadiren sinek avlayabildiğinin bir açıklamasını sunuyor.
Gwyndaf Hughes/BBC News
Sinek Beyni Dilimleme Tekniği: Beyin, mikroskopik bir bıçakla 7 bin çok ince parçaya ayrıldı. Bağlantı diyagramı, mikroskobik bir peynir rendesine benzeyen bir cihaz kullanılarak sineğin beyninin dilimlenmesiyle oluşturuldu. Her bir dilim fotoğraflandı ve dijital yöntemlerle bir araya getirildi. Princeton Üniversitesi’ndeki ekip, tüm nöronların şekillerini ve bağlantılarını çıkarmak için yapay zeka kullandı. Ancak yapay zeka mükemmel sonuçlar vermedi ve uzmanlar üç milyonun üzerinde hatayı manuel olarak düzeltti. Bu teknik anlamda zorluğun başarılması gerekiyordu; fakat iş henüz bitmemişti.
Dr. Philipp Schlegel, her bir bağlantının ne yaptığını tanımlamadan haritanın tek başına anlamsız olduğunu belirtti. “Bu veriler, Google Haritaları gibi ama beyin için olanı. Nöronlar arasındaki ham bağlantı diyagramı, hangi yapıların hangi sokaklar ve binalara denk geldiğini bilmek gibidir. Nöronları tanımlamaksa, haritaya sokakların ve şehirlerin adlarını, iş yerlerinin açılış saatlerini, telefon numaralarını, değerlendirmeleri eklemek gibi. Gerçekten kullanışlı olabilmesi için her ikisi de gereklidir.” diye ekledi.
BBC News’tan alınan bilgilere göre, insan beynindeki bağlantıların görüntülenmesi konusunda en iyi cihazlar bile mevcut bağlantıların çok azını tespit edebiliyor. Sinek konnektomu, bu bilgiyi kullanmak isteyen tüm araştırmacıların erişimine açıktır. Dr. Schlegel, bu yeni harita sayesinde nörobilimde önümüzdeki birkaç yıl içinde büyük bir buluşlar çığının yaşanabileceğini öngörüyor. İnsan beyni, sineklerinkinden çok daha büyük ve bağlantıları hakkında tüm bilgileri alabilecek teknolojiye henüz sahip değiliz. Ancak araştırmacılar, belki 30 yıl içinde insan konnektomuna sahip olmanın mümkün olabileceğine inanmaktadırlar. Sinek beyninin, beynimizin nasıl işlediği konusunda yeni ve daha derin bir anlayışın ilk adımını oluşturduğunu belirtmektedirler.
Bu çalışma, Flywire Konsorsiyumu adlı, bilim insanlarının büyük bir uluslararası işbirliğiyle gerçekleştirilmiştir.
