Bilim İnsanları Meyve Sineğinin Beynini Tümüyle Haritaladı: 130 Bin Nöron, 50 Milyon Bağlantı Ortaya Çıktı
Yürüyebilen, havada süzülebilen, hatta eşini çekmek için özel "aşk şarkıları" üretebilen meyve sinekleri, tüm bu karmaşık davranışları bir toplu iğne başı büyüklüğündeki beyinleriyle gerçekleştiriyor. Bilim insanları şimdi bu küçük organın sırrını çözmeye bir adım daha yaklaştı: bir meyve sineğinin beynindeki 130 binden fazla beyin hücresinin ve bunlar arasındaki 50 milyon bağlantının şeklini ve konumunu ilk kez tam olarak ortaya çıkardılar.
Yetişkin bir beynin şimdiye kadarki en ayrıntılı analizi
Araştırma, yetişkin bir hayvan beyninin bugüne dek yapılmış en detaylı analizi olma özelliği taşıyor. Çalışmaya katılmayan bağımsız bir beyin uzmanı, araştırmayı insan beynini anlama yolunda "büyük bir ilerleme" olarak nitelendirdi. Cambridge'deki Tıbbi Araştırma Konseyi Moleküler Biyoloji Laboratuvarı'ndan bir bilim insanı, beyinlerimizdeki hücre ağının bizi birbirimizle ve çevremizle nasıl etkileşime soktuğu konusunda hâlâ çok az şey bildiğimizi vurguladı. Uzman, yüz tanıma, ses algılama gibi günlük işlevlerin altında yatan sinyal akışının anlaşılması açısından sinek beyninin haritalanmasının gerçek anlamda kayda değer bir çalışma olduğunu belirtti.
Kıyaslama yapıldığında insan beyninin, incelenen meyve sineğine göre yaklaşık bir milyon kat daha fazla nörona sahip olduğu görülüyor. Bu fark, sinek beyni haritasının insan beynini birebir açıklamaktan çok, temel prensipleri anlamada bir başlangıç noktası sunduğunu ortaya koyuyor.
Küçük organ, büyük hesaplama gücü
Nature dergisinde yayımlanan araştırmada ortaya konan bağlantı diyagramları, hem görsel olarak dikkat çekici hem de son derece karmaşık bir yapı sergiliyor. Bu denli küçük bir organın bu denli güçlü hesaplama görevlerini nasıl yerine getirebildiğinin anahtarının, beynin şeklinde ve yapısında gizli olduğu belirtiliyor. Bilim insanlarına göre bugünün teknolojisiyle bir haşhaş tanesi büyüklüğünde, sinek beyni kadar yetenekli bir bilgisayar geliştirmek hâlâ mümkün değil.
Projenin liderlerinden Princeton Üniversitesi'nden bir araştırmacı, bilimsel olarak "konnektom" adı verilen bu yeni bağlantı diyagramlarının nörobilimciler için dönüştürücü nitelikte olacağını belirtti. Araştırmacı, bu haritaların sağlıklı bir beynin nasıl çalıştığının daha iyi anlaşılmasına yardımcı olacağını, gelecekte beyinde bir şeyler ters gittiğinde bunu sağlıklı haritayla kıyaslamanın mümkün olabileceğini umduklarını ifade etti.
Araştırmaya katılmayan Londra'daki Francis Crick Enstitüsü'nden bir başka beyin araştırmacısı da bu değerlendirmeyi destekledi. Uzman, daha önce yalnızca 300 bağlantılı basit bir solucan ve 3 bin bağlantılı bir kurtçuğun haritasının çıkarılabildiğini hatırlatarak, 130 bin nöronluk bir haritanın elde edilmesinin fareler gibi daha büyük beyinlere ve belki 10-20 yıl içinde insan beynine ait bir haritaya ulaşma yolunda müthiş bir teknik ilerleme olduğunu vurguladı.
Hareket ve görme, ayrı devrelerde
Araştırmacılar, sinek beynindeki her bir işlev için ayrı devreler tespit etti ve bu devrelerin birbirine nasıl bağlandığını gösterdi. Hareketle ilgili bağlantıların beynin tabanında, görmeyi işleyen bağlantıların ise yanlara doğru yoğunlaştığı belirlendi. Görme işlevinin çok daha fazla hesaplama gücü gerektirmesi nedeniyle bu alanda çok daha fazla nöronun görev aldığı ortaya kondu. Bilim insanları daha önce görme ve hareketin ayrı devrelerde işlendiğini biliyordu, ancak bu iki devrenin birbirine tam olarak nasıl bağlandığı bilinmiyordu.
Sineği gazeteyle yakalamak neden bu kadar zor?
Yeni beyin haritası, günlük hayattan tanıdık bir gözlemi de bilimsel olarak açıklığa kavuşturdu: sinekleri dürülmüş bir gazete veya dergiyle yakalamanın neden bu kadar zor olduğu. Araştırmacılara göre görme devreleri, yaklaşan nesnenin hangi yönden geldiğini anında tespit ederek sineğin bacaklarına sinyal gönderiyor. Ancak tehlikeye en uzak bacağa, düşünme süreci devreye girmeden çok daha güçlü bir "zıplama" sinyali iletiliyor. Bu sayede sinek, kelimenin tam anlamıyla düşünme hızından daha hızlı tepki verebiliyor. Bu bulgu, insanların neden sinek yakalamakta bu kadar zorlandığını da açıklıyor.
Beyin nasıl haritalandı?
Bağlantı diyagramı, mikroskobik bir peynir rendesini andıran özel bir cihazla sineğin beyninin 7 bin son derece ince dilime ayrılmasıyla oluşturuldu. Her bir dilim ayrı ayrı fotoğraflandı ve dijital yöntemlerle yeniden bir araya getirildi. Princeton Üniversitesi'ndeki ekip, tüm nöronların şeklini ve bağlantılarını çıkarmak için yapay zeka kullandı. Ancak yapay zekanın ürettiği sonuçlar kusursuz değildi; uzmanlar üç milyonun üzerinde hatayı elle düzeltmek zorunda kaldı.
Yine Tıbbi Araştırma Konseyi Moleküler Biyoloji Laboratuvarı'ndan bir bilim insanı, ham bağlantı haritasının tek başına yeterli olmadığını, her bir bağlantının işlevinin de tanımlanması gerektiğini vurguladı. Araştırmacı bu durumu bir şehir haritasına benzeterek, ham bağlantı diyagramının yalnızca sokakların ve binaların konumunu gösterdiğini, asıl kullanışlı olanın bu haritaya sokak isimleri, iş yeri saatleri gibi ayrıntıların eklenmesi olduğunu ifade etti.
Veriler tüm dünyaya açık
Elde edilen sinek konnektomu, kullanmak isteyen tüm araştırmacıların erişimine açık şekilde paylaşıldı. Uzmanlar, bu yeni haritanın nörobilim alanında önümüzdeki birkaç yıl içinde önemli buluşların önünü açacağını öngörüyor. İnsan beyni sinek beynine kıyasla çok daha büyük olduğundan, tüm bağlantılarını görüntüleyebilecek teknoloji henüz mevcut değil. Ancak araştırmacılar, belki de 30 yıl içinde bir insan konnektomuna sahip olmanın mümkün hale gelebileceğine inanıyor. Bu çalışmanın, beynimizin nasıl işlediğine dair çok daha derin bir anlayışın ilk adımı olduğu vurgulanıyor.
Araştırma, çok sayıda bilim insanının katıldığı uluslararası bir iş birliği olan Flywire Konsorsiyumu tarafından gerçekleştirildi.
