Karşınızda beynimizin en ayrıntılı haritası

Derleyen: Batuhan Sarıcan 

(batusarican@gmail.com)

İnternet üzerinden ücretsiz olarak erişilebilen beyin haritası; tümü üç boyutlu olarak oluşturulmuş 50.000 hücreyi içeriyor, sinaps adı verilen 130 milyon bağlantı, yüz milyonlarca örümcek dalıyla birbirine bağlanıyor. Veri seti, ortalama bir modern bilgisayarın depolama kapasitesinin kabaca 700 katı olan 1,4 petabayt’a karşılık geliyor.

Mountain View, Kaliforniya’daki Google Research’ten Viren Jain, veri kümesinin çok büyük olduğunu söylüyor. Çalışmada yer almayan Harvard Üniversitesi’nden Catherine Dulac ise insan beyninin bu kadar büyük bir parçasının gerçek yapısını ilk kez gördüğümüzü söylüyor. 

Bu devasa girişim, yine Harvard Üniversitesi’nden Jeff Lichtman liderliğindeki bir ekibin, ilaca dirençli epilepsi hastası olan 45 yaşındaki bir kadından küçük bir beyin parçası almasıyla başlamıştı. Hasta, nöbetlerinin kaynağı olan sol hipokampüsünün beyninden çıkarılması amacıyla ameliyat olmuştu. Cerrahlar, bunu yapmak için hipokampüsü kaplayan bazı sağlıklı beyin dokusunu da çıkarmak zorunda kalmıştı.

İNSAN SAÇININ YAKLAŞIK BİNDE BİRİ

Lichtman ve ekibi, numuneyi hemen koruyucu bir maddeye daldırdı, ardından osmiyum gibi ağır metallerle boyadı, böylece her hücrenin dış zarları bir elektron mikroskobu altında görülebilecekti. Sonra “malzemeyi” sertleştirmek için reçineye gömdüler. Son olarak, 30 nanometre (insan saçının yaklaşık binde biri) genişliğinde dilimler halinde kestiler ve her dilimi görüntülemek için bir elektron mikroskobu kullandılar.

Bu noktada, Jain’in Google’daki ekibi, çalışmaya dahil olarak üç boyutlu bir hacim oluşturmak için dilimleri bir araya getirecek şekilde, bir nöronu diğerine bağlayan dalları yeniden yapılandırmak amacıyla makine öğrenimini kullandı. Ve farklı hücre tiplerini işaretlediler. Ki bütün bu ayrıntılar beynin sadece küçük bir kısmına karşılık geliyordu. 

Çalışmayı yapan ekip, beynimizde nasıl bağlantılar olduğu hakkında da yeni keşifler yaptı: Örneğin, nöronlar arasındaki bağlantıların sayısında büyük bir tutarsızlık vardı. Normalde, bir nöron “dalı” diğerine yakın geçtiğinde, sadece bir sinaps oluşturur veya daha nadiren iki ila dört sinaps oluştururdu. Ancak bu çalışmada, bir hedef nöron üzerinde 20’ye kadar sinaps oluşturan bazı dallar vardı.

GİZEMLİ NÖRON ÇİFTLERİ

Ekip ayrıca korteksin derinliklerinde daha önce gözlemlenmemiş gizemli nöron çiftleri de buldu. Lichtman, “İki hücre aynı eksende tam olarak zıt yönü işaret ediyor” diyor ve kimsenin bunun nedenini bilmediğini belirtiyor.

Konektomi de denen beyin haritalaması, araştırmacıların Caenorhabditis elegans adlı bir iplik kurdunun sinir sistemindeki 302 nöronun haritasını çıkardığı, 1980’lerdeki ilk atılımından bu yana çok yol kat etti. Jain, Dulac ve Lichtman, 2020’de tüm fare beyninin benzer bir ayrıntı düzeyinde haritalandırılmasını savunan bir grubun parçasıydı.

Lichtman, “Bütün bir fare beyni bu çalışmadakinden sadece 1000 kat daha büyüktür, bir petabayt yerine bir eksabayttır” diyor. Bu, 10 yıl içinde üstesinden gelinebilecek bir ölçek mi, o konuda şüpheli. Dulac da korteksin beynin diğer bölümlerine nasıl bağlandığını görmek istiyor ve fare beynini tam olarak haritalandırmak da bunu ortaya çıkarmak için etkin bir yöntem.

Tüm bir insan beyninin haritasını çıkarmak ise Lichtman’a göre, “Gezegenimizde bir yılda üretilen dijital içerik miktarı” olan bir zettabayt’la karşılaştırılabilir düzeyde. Ancak bilim insanları, bunu yapmanın işe yarayıp yaramayacağı konusunda şüphe taşıyor. Lichtman, her beynin deneyim yoluyla gelen kodlama bilgisi olduğunu ve bu nedenle her beynin diğerinden farklı bir şey “söyleyebileceğini” öne sürüyor. Bilginin nasıl depolandığını anlamadan, verilerin anlamsız olacağını söylüyor.

Dulac, daha acil bir yarar üzerine çalışılarak, zihinsel sağlık sorunlarına sahip kişilerde hücre haritasının nasıl farklılık gösterdiğini keşfetmek gerektiğini belirtiyor. Şizofreni gibi durumların nasıl ortaya çıktığına daha fazla ışık tutmak için “akıl hastalıkları olan hastalarda da benzer çalışmalar yapılabilir” diyor.

https://www.newscientist.com/article/2279937-google-has-mapped-a-piece-of-human-brain-in-the-most-detail-ever/