Eric Ralls tarafından/Earth.com Yazarı.
Tüm bir şehrin karmaşık ama güzel haritasına baktığınızı hayal edin, ancak şehir aslında bir beyindir. Kulağa büyüleyici geliyor, değil mi? Bilim insanları artık bunu gerçeğe dönüştürdü.
Uzmanlar, yetişkin bir beynin her bir nöronunun, aralarındaki 50 milyon bağlantıyı da içeren, ilk kez bir bağlantı şeması veya “konnektör şeması” oluşturarak, sinirbilim alanında bir dönüm noktasına imza attılar.
Beynin tam bağlantı şeması:
Proje, Cambridge’deki MRC Moleküler Biyoloji Laboratuvarı , Princeton Üniversitesi, Vermont Üniversitesi ve Cambridge Üniversitesi’nden bilim insanlarının yer aldığı büyük bir uluslararası işbirliği olan FlyWire Konsorsiyumu tarafından mümkün kılındı .
Nature dergisinde iki makalede yayımlanan araştırma , hem yürüyebilen hem de görebilen bir hayvan olan yetişkin bir sinek beynindeki 139.255 nöronun tamamının ilk tam bağlantı şemasını sunuyor .
Daha önce yapılan çalışmalarda, 3.016 nörona sahip meyve sineği larvası veya 302 nörona sahip nematod solucanı gibi daha küçük beyin sistemlerinin haritaları çıkarılmıştı.
Ancak mevcut çalışma, daha karmaşık bir organizma için tam ölçekli bir sinir haritası sunarak yeni bir çığır açıyor.
İnsan beyinleri ve sinek beyinleri Yetişkin bir meyve sineğinin beynindeki her nöronun haritasını çıkarmak, bizimki de dahil olmak üzere beynin nasıl işlediğini anlamak için önemli bir adımdır.
Meyve sineklerinin beyninde yaklaşık 140.000 nöronu var. Bu sayı, insan beynindeki 86 milyar nöronla kıyaslandığında oldukça küçük bir sayı. Bu da onları incelemeyi çok daha kolay hale getiriyor.
Bu nöronlar arasında 50 milyon bağlantı var.
Meyve sineklerinin yaklaşık 140.000 nöronu var. Bu sayı, insan beynindeki 86 milyar nöronla kıyaslandığında oldukça küçük bir sayı. Bu da onları incelemeyi çok daha kolay hale getiriyor.
Bilim insanları meyve sineklerini hızla üretip değiştirebiliyor, böylece genetikle oynayabiliyor ve değişikliklerin sinir devrelerini ve davranışları nasıl etkilediğini görebiliyorlar.
Bu basitlik, araştırmacıların çok fazla karmaşıklığa kapılmadan beyin fonksiyonlarının temel prensiplerini ortaya çıkarmalarına yardımcı oluyor.
Beyin haritaları insan beynine dair içgörüler sağlar.
İlginçtir ki, meyve sineklerindeki birçok biyolojik süreç insanlardakine oldukça benzerdir. Beyin gelişimini, nöron iletişimini ve öğrenmeyi kontrol eden genler ve yollar genellikle türler arasında korunur.
Bilim insanları, meyve sineği beynini haritalayarak bu süreçlerin daha basit bir sistemde nasıl işlediğini anlayabilir ve daha sonra bu bilgileri daha karmaşık beyinlere uygulayabilirler.
Ayrıca, sineklerde nöronların nasıl bağlandığını anlamak, sinir devresi organizasyonu ve davranışının genel kalıplarını ortaya çıkarır; bu da insan davranışlarını ve bilişsel işlevleri anlamamıza yardımcı olabilir.
Son olarak, meyve sineği beynini haritalamak için geliştirilen araçlar ve teknikler, sinirbilim araştırmalarında çığır açan gelişmeler için zemin hazırlamıştır. Meyve sineği çalışmalarından elde edilen görüntüleme, genetik manipülasyon ve veri analizindeki yenilikler, bizimki de dahil olmak üzere daha karmaşık beyinleri incelemek için uyarlanabilir.
Ayrıca meyve sineklerinden elde edilen bilgiler, nörolojik hastalıkların ve gelişimsel bozuklukların modellenmesine yardımcı olarak, insanlar için potansiyel tedavilerin geliştirilmesine yol açabilir.
Nörobilimde devam eden araştırmalar:
Bulgular, beyin yapısı ve işlevi hakkında değerli bilgiler sunarak, nörobilim alanındaki devam eden araştırmalar için önemli bir karşılaştırma sağlıyor.
Çalışmanın ortak yazarı Dr. Gregory Jefferis, ” Beynin nasıl çalıştığını anlamak istiyorsak , tüm nöronların nasıl bir araya geldiğine ve düşünmenizi sağladığına dair mekanik bir anlayışa ihtiyacımız var. Çoğu beyin için, bu ağların nasıl çalıştığına dair hiçbir fikrimiz yok,” diye belirtti.
Sineğin beyninin detaylı haritası, bu soruların birçoğuna cevap verebilir ve sinir devrelerinin karmaşıklıklarını açığa çıkarabilir.
Beyin bağlantılarındaki benzerlikler:
Çalışmanın en dikkat çekici bulgularından biri de mevcut harita ile daha önce yapılan küçük ölçekli çalışmalar arasında bulunan kablolamadaki önemli benzerliklerdir.
Bu, her beynin kendine özgü bir yapı olduğuna dair inancın aksine, bireysel beyinlerin bağlantılarında doğal benzerlikler olduğu sonucuna yol açtı.
Beyni haritalama yolculuğu:
Bu başarıya ulaşmak için, genişliği bir milimetreden daha az olan bir sinek beyninin 7.000 ince dilime bölünmesi gerekiyordu.
Daha sonra bu dilimler yüksek çözünürlüklü elektron mikroskobu kullanılarak titizlikle tarandı ve yaklaşık 140.000 nöronun şekilleri ve bunlar arasındaki 50 milyon bağlantı ortaya çıkarıldı.
Yapay zekanın gücü:
Bu muazzam miktardaki verinin analiz edilmesi görevinin makine öğrenimi kullanılarak mümkün hale getirilmesi, yapay zeka teknolojisinin nörobilimde devrim yaratma potansiyelini ortaya koydu.
Verilerin doğruluğunun sağlanması, düzeltme için tahmini 33 kişi-yıl gerektirdi. Zorluklara rağmen, bu titiz çabanın sonucu, nörobilimde gelecekteki keşiflerin önünü açtı.
Araştırmacılar, sadece nöronal bağlantıları kurmanın ötesinde, bağlantı şemasının pek çok ayrıntısını da yorumladılar; örneğin beyindeki 8.000’den fazla hücre tipini sınıflandırdılar.
Çalışmalardan birinin ilk yazarı olan Dr. Philipp Schlegel, “Bu veri seti, Google Haritalar’ın beyinler için olanına benziyor: Nöronlar arasındaki ham bağlantı şeması, Dünya’nın uydu görüntülerindeki hangi yapıların sokaklara ve binalara karşılık geldiğini bilmek gibi bir şey” şeklinde açıklıyor.
Beyin fonksiyonunun simülasyonu:
Araştırmacıların çalışmaları salt haritalamanın ötesine uzanıyor. Ayrıca, her sinapsın engelleyici mi yoksa uyarıcı mı olduğunu tahmin etmek için AI görüntü tarama teknolojisini kullandılar – beyni dijital olarak simüle etmek için önemli bir husus .
Dr. Jefferis, “Çalışmalarımız sırasında çevrimiçi olarak paylaştığımız verilerimizi kullanarak, diğer bilim insanları sinek beyninin dış dünyaya nasıl tepki verdiğini simüle etmeye başladılar bile” dedi.
“Bu önemli bir başlangıç, ancak beynin nasıl çalıştığına dair güvenilir simülasyonlar üretmek için birçok farklı türde veri toplamamız gerekecek.”
Gelecekteki araştırma yönleri:
Bu araştırma şüphesiz beyin anlayışımızı kökten değiştirdi, ancak yolculuk henüz bitmedi. İlerledikçe, gelecekteki çalışmalar erkek ve dişi sinek beyinleri arasındaki nöronal yapı farklılıklarını araştıracak.
Araştırmacılar, “Bağlantı şemamızın kapsamlı olması beyin araştırmaları için önemli faydalar sağlıyor ve sinek beyninin bazı bölümlerinin bağlantı şemaları kullanılarak daha önce mümkün olmayan pek çok türde çalışmanın yapılmasına olanak sağlıyor” dediler.
Çalışma Nature dergisinde yayımlandı .
https://www.earth.com/news/first-complete-map-of-every-neuron-in-the-brain-revealed/