Beyin son derece karmaşık bir organ. Öyle ki küçük bir fare beyni dahi farklı gruplarda kümelenmiş her biri 1000’in üzerinde bağlantıya sahip 86 milyondan fazla nöron içerir. Bir anlamda bu nöral ağlar, karmaşık bir şehirler arası otoyol sistemine benzetilebilir. Araştırmacıların beyin içerisinde yolculuk edebilmek için ihtiyaç duyacağı bugüne kadarki en detaylı iki harita oluşturuldu.
Seattle’daki Allen Enstitüsü’nden biliminsanları çok büyük miktardaki veri gruplarına odaklandılar. Bu haritalardan biri gelişen insan beynindeki gen ifadelerini, diğeri ise fare beynindeki nöral ağları gösteriyor.
Nature’de yayımlanan makalelere göre, veriler şimdiden insanlarda otizmin oluşumu ve memeli beyninin bilgi işleme yöntemini anlama yolunda değerli bilgiler açığa çıkarttı.
İlk çalışmada biliminsanları fare beyni için bir nöral bağlantı şeması (conncetome=beynin içerdiği tüm nöronları ve sinir yollarını gösteren bir diyagram) oluşturdu. Araştırmacılar nöral yolları görüntülemek amacıyla 1700’ün üzerinde fare beynine genetik yapısı değiştirilmiş izleyici virüs enjekte etti. Sonrasında 1 mikrometreden (insan saç telinden 50 kere küçük) daha yüksek bir çözünürlükle organları görüntülediler ve elde edilen dataların birleştirilmesiyle nöronlar arası bağlantıların 3 boyutlu haritası oluşturuldu. Çalışmaların sonunda toplamda 1,8 petabyte (yaklaşık 24 yıl süren kesintisiz HD videoya karşılık gelen) veri toplandı. Hongkui Zeng ve çalışma arkadaşları bu verileri oldukça özelleşmiş bağlantı kalıplarını açıklamak için kullandı. Örneğin, fare beyni yüksek miktarda zayıf, düşük miktarda güçlü bağlantı içerir. “Bu durum bize gösteriyor ki, beyin bilgileri son derece özelleşmiş ve niceliksel bir yöntemle birleştiriyor” diyor Zeng. “Bu güçlü ve zayıf bağlantılar birbirlerini dengeliyor mu? Bu durum beynin sayısal gücünü arttırıyor mu? Merak uyandırıcı bir gözlem.”
Zeng’in belirttiğine göre veriler üzerindeki çalışmalarda daha derine inilerek bir bölgeden diğerine uzanan daha küçük “caddeler”in haritalanması planlanıyor. Zeng ayrıca nörolojik rahatsızlıkların nöral bağlantı şemasını etkileyip etkilemediğini saptamak için sağlıklı bir fare ile hasta bir farenin nöral bağlantı şemalarını karşılaştırmak istiyor.
Harita güçlü bir kaynak olmasına rağmen, bu sadece bir başlangıç. Bu haliyle sadece bağlantıların yapısını gösteriyor, ancak bu bağlantıların fonksiyonlarını görmemize olanak tanımıyor. Zeng, “Bunun asıl sebebi onun statik bir yol haritası olması. Bu haliyle yetersiz bir harita, çünkü bunun yanında trafik örüntüsünü de gözlemlemek istersiniz” diyor.
Gen ifadelerinin haritalanması
İkinci çalışmada ise, insana ait fetüs beyni için bugüne kadar oluşturulmuş en detaylı harita sunuluyor. Araştırmacılar mikro-diseksiyon lazer kullanarak gelişim aşamasındaki dört doğum öncesi insan beyninin bölümlerini kesip renklendirdiler. Bu teknik sayesinde, hangi bölümde hangi genlerin aktif olduğu işaretlenerek, beynin gelişim sürecinde genlerin nasıl aktifleşip pasifleştiğini gösteren yüksek çözünürlüklü bir şablon çıkartıldı. Araştırmacılar daha sonra dikkatlerini beynin erken dönem gelişimiyle bağlantılı bir hastalık olan otizme yönelttiler.
“Otizmle bağlantısı bulunabilecek bir veri setini aldık ve gelişen korteks içinde belirli bir kalıba sahip olup olmadıklarını sorduk. Cevap evetti” diyor Allen Enstitüsü’nün baş araştırmacısı Ed Lein. “Bu, otizmin temelinin doğum öncesi dönemde yattığına işaret eden bir kanıt parçası daha.”
Sonuç olarak araştırmacılar otizm ile ilişkisi bulunan, kortekste yeni oluşmuş nöronlarla ilintili genleri keşfetmiş oldular.
Kaynaklar
1) Carl Engelking, http://blogs.discovermagazine.com/d-brief/2014/04/02/first-wiring-diagram-of-mouse-brain-created/#.U1K2rPmSzv7
