BEYİN-HARİTASİ

D

ünyanın dört bir köşesini keşfeden ve keşfetmeye devam eden insanlık için en bilinmedik şeylerden biri, enteresan şekilde, “insan beyni”. Bilim insanları yıllardır beynin kıvrımları içinde olanları, hangi davranışları neden yaptığımızı, beynimizin gerçekten ne kadarını kullandığımızı ya da kullanmayı bilmediğimizi keşfetmeye çalışıyor. Bunun için ihtiyaç duyulan en önemli şeyse beynin haritasını çıkartmak. Bu, bugüne kadar henüz başarılmamıştı; ta ki Google teknolojilerini öne çıkarana kadar…

Google insan beyninin bir parçasının şimdiye kadarki en ayrıntılı haritasını oluşturmayı başardı. Bu sayede, sinir sisteminin temel birimi olan nöronlar arasındaki bağlantı kalıpları görülmemiş bir ayrıntıda çıktı karşımıza: İçerdiği 50 bin hücreyle üç boyutlu olarak. Nöronlar birbirine snaps denen yollarla bağlanır. İşte bu parça da 130 milyon snaps ve bunların birbirine bağlandığı yüz milyonlarca ayrı örümcek dalı birleşimi buluyor. Bu sayının oluşturduğu veri ise kabaca modern bir bilgisayarın 700 katı, yani 1.4 petabayt.

Bu muhteşem girişim Harvard Üniversitesi’nden Jeff Lichtman liderliğindeki bir ekibin, ilaca direnç gösteren 45 yaşındaki epilepsi hastası bir kadından küçük bir beyin parçası almasıyla başlamış. Cerrahlar nöbetlerin kaynağı olan hipokampüsü beyninden çıkarırken, onu kaplayan bazı sağlıklı beyin dokusu da almak zorunda kalmış. Onlar bunu yapar yapmaz, Lichtman ve ekibi numuneyi hemen koruyucu maddelere daldırıp osmiyum gibi ağır metallerle boyamış. Böylece her hücre bir elektron mikroskobu altında görülebilir hale gelmiş. Ardından sertleşmesi için reçineye batırılan beyin parçası, son olarak 30 nanometre, yani bir insan saçının yaklaşık binde bir genişliğinde dilimler halinde kesilmiş. Bu da her bir dilimin görüntülenmesi için elektron mikroskobu kullanılabileceği anlamına geliyor.
Bizim için asıl heyecan verici nokta ise bundan sonra başlıyor. Google Research’ten Viren Jain’in ekibi ortaya çıkan iki boyutlu dilimleri birleştirerek, üç boyutlu bir parça oluşturmuş. Bir nöronu diğerine bağlayan dalların yeniden yapılandırılması için makine öğrenimi kullanılmış.

Hiç şüphesiz, bu keşif daha birçoklarının önünü açacak bir araştırma konusu ortaya koymuş oldu. Ekip şimdiden beynimizin nasıl kablolandığı hakkında araştırmalara imza atmaya başladı, zira söylenene göre nöronlar arasındaki bağlantıların sayısında büyük bir tutarsızlık sözkonusu. Bu ne demek? Normalde bir nörondan çıkan dal diğerine yakın geçtiğinde bir ya da nadiren dörde kadar çoğalan sayıda sinaps oluşturur. Ancak bu parçada, bir hedef nöron üzerinde yirmiye varan sinaps dalı keşfedildi. Bu da bu eğilimin muhtemelen kendi başına o nöronu ateşlenmesi için tetikleyebileceği anlamına geliyor. Bizim anlayabileceğimiz şekilde özetlemek gerekirse Lichtman, öğrenilmiş davranışların altında yatan şeyin bu çoklu sinaps bağlantıları olduğunu tahmin ediyor. Öğrendiğimiz bir şeyi uygulama ânımız ve hızımız buna bir örnek; kırmızı bir ışık gördüğümüzde âniden fren yapmak gibi. Düşünmeden yaptığımız hareketlerin arkasındaki süper güçlü snaps bağlantıları, bir mesajın ağ üzerinden hızla geçmesine izin veriyor.

Beyin haritalama, araştırmacıların Caenorhabditis Elegans türü bir solucanın sinir sistemindeki 302 nöronun haritasını çıkardığı 1980’lerdeki ilk atılımdan bu yana çok yol kat etti. Ekip şu an elde olan parçayla birlikte ancak 1000 kat büyüklüğündeki fare beyninin detaylı araştırılmasıyla önümüzü açacak çokça yeni veriyi ortaya çıkaracağını savunuyor. Elbette büyüklük düşünüldüğünde araştırmaların sonuçlanması için önümüzde en az on yıllık bir süre daha var…