Beynin 'Google Earth' Gibi Haritası Çıkarılacak

Hücresel seviyede bir beyin atlası çıkarma süreci, tüm insan beyninin haritasını çıkarmak için gereken muazzam vakit ve teknik karmaşıklık nedeniyle şimdiye kadar çok daha küçük hayvanlarla yahut insan beyninin daha küçük kısımlarıyla sonluydu. Lakin yeni bir çalışma ile durumun değişmesi söz konusu olabilir.

Columbia Üniversitesi ve Icahn Tıp Okulu'ndaki araştırmacılar, 180 milyar hücre ve sayım dahil olmak üzere tüm insan beyninin ayrıntılı haritasını oluşturmak için bir proje üzerinde ortaklaşa çalışacaklarını açıkladı. Çalışmanın sonunda elde edilecek datalarla, beyin yapısının ve tertibinin hastalıkta ve sıhhatte davranış, his ve bilişe nasıl yol açtığını kavramanın mümkün olabileceği bildirildi.

Beynin, tıpkı Google Earth üzere haritası çıkarılacak


Bilim tarihi boyunca en çarpıcı ilerlemelerin gerisinde yeni araçlar olduğunu tabir eden Columbia Zuckerman Enstitüsü'nde Herbert ve Florence Irving Profesörü ve projenin başkanı olan PhD, Elizabeth Hillman, projeye dair yaptığı açıklamada "Önümüzdeki beş yıl içinde onlarca, hatta yüzlerce insan beyninin yüksek süratli, büyük ölçekli görüntülenmesini mümkün kılacak teknolojiler geliştiriyoruz. Üretmeyi umduğumuz eşi görülmemiş data hazineleri, insan beyni hakkında daha evvel erişilemeyen bilgilere giden yolu açmalıdır.” şeklinde kaydediyor.

Dr. Hillman ve işbirlikçilerinin bu savlı projeyi üstlenmelerini sağlamak ismine, Ulusal Sıhhat Enstitüleri BEYİN Girişimi’nin (BRAIN Initiative) kısa müddet önce 9,1 milyon dolarlık bir hibe verdiği bildiriliyor. Bu finansmanın ise Columbia Üniversitesi, Mount Sinai'deki Icahn Tıp Okulu ve Carnegie Mellon Üniversitesi ortasında paylaşılacağı aktarılıyor.

“Başarılı olursa, mikroskobumuz birkaç gün içinde tüm insan beynini hücresel detaylarla görüntüleyebilmelidir” tabirlerini kullanan Dr. Hillman, "Bu datalar, beyin için Google Earth gibi olacak ve çok farklı uzunluk ölçeklerinde farklı insan beyin hücrelerinin kalıplarının ve dağılımlarının tahlilini mümkün kılacaktır. “ biçiminde kaydediyor. Bununla birlikte Hillman, projeleri ile Google Earth ortasında benzerlikler olduğu kadar farklılıklar olduğuna, dünya üzerinde sekiz milyar beşere karşılık beyindeki hücre sayısının 180 milyardan fazla olduğunu belirterek dikkat çekiyor.

Ekip başarılı olursa, tüm beynin haritasını çıkarmak için yalnızca birkaç gün kâfi olacak


Bununla birlikte takım, yalnızca beyindeki hücreleri saymakla da ilgilenmiyor. Buna nazaran takımın en büyük önceliğinin, beyni oluşturan birçok farklı hücre cinsinin çeşitliliğini gösteren bir beyin haritası geliştirmek olduğu tabir ediliyor. Bu bahse dair "Beynin milyarlarca nöron içerdiğini biliyoruz, lakin birçok farklı nöron alt çeşidi var," şeklinde kaydeden Hillman, "Kaç tane oldukları, nasıl organize oldukları ve farklı beyin bölgeleri ile farklı beşerler ortasında nasıl değişiklik gösterdikleri büyük ölçüde bilinmiyor." diye de kelamların ekliyor.

Öte yandan beyin, sadece nöronlardan oluşmuyor. Beyin ağı, ortalarında bir dizi glial hücre ve beynin damar sistemini oluşturan hücreler de dahil olmak üzere başka hücre çeşitlerini de kapsıyor. Her biri olağan beyin işlevleri için gerekli olan bu hücre tiplerinin, hastalıkta neyin yanlış gittiğine dair değerli ipuçları da içerebileceği kestirim ediliyor.

Bu hususa ait olarak Hillman, "Bu bilgi kümelerini nitekim kullanışlı hale getirmek için, tüm beyni tararken mümkün olduğunca çok bilgiyi yakalamanın bir yolunu bulmalıyız." ifadelerini kullanıyor. Hillman ayrıyeten, başarılı olmaları halinde mikroskoplarının yalnızca birkaç gün içerisinde tüm insan beynini hücresel detaylarıyla görüntüleyebileceğine de dikkat çekiyor.

Bu beyin atlası çıkarma projesi için Hillman, yeni bir mikroskop tekniğigeliştiriyor. Buna İnsan Beyni Optimize Edilmiş Işık Levhası (HOLiS) mikroskobu ismini veren takım, insan beyninin bütünsel olarak görüntülenmesi ve tahlil edilmesinin kıymetini vurgulamak ismine bu ismi seçtiklerini kaydediyor.

Peki, beynin haritasını çıkarma sürecini nasıl işliyor?


Görüntüleme sürecindeki birinci adım, beyni dikkatlice 5 milimetre kalınlığında kısımlara ayırmak ve bunları büsbütün şeffaf hale getirmek için işlemeyi içeriyor. Projede yardımcı Baş Araştırmacı olan, Mount Sinai'nin Hudut Sistemleri, Yapıları ve Genetik Laboratuvarı'nda yardımcı doçent olan Zhuhao Wu'nun uzmanlık alanı olan bu başarıyı elde etmek emeliyle Dr. Wu’nun; insan beyninin temizlenmesi için bir metodu optimize ettiği tabir ediliyor. Kelam konusu bu metot, her bir beyin kısmını, farklı olan renklerine dayalı olarak tek tek hücreleri ve onların çeşitli özelliklerini tanımlamayı mümkün kılan bir dizi floresan etiketle işaretleyebilen bir adımı kapsıyor.

Daha sonrasında ise devreye, üstte bahsetmiş olduğumuz HOLİS mikroskobu giriyor. Beynin her kısmının devasa, teknik renkli 3D manzaralarını oluşturmak için yıldırım hızında çalışan HOLiS; teknik, çok ince bir eğimli düzlemi aydınlatan bir ışık katmanı oluşturmak için dokuya lazer ışığı yansıtarak çalışıyor. Bu sırada mikroskoptaki hızlı bir kamera birebir düzlemin bir imajını yakalıyor ve beyin kısmını sabit süratte hareket ettirerek, uzun bir 3D blok oluşturmak için her bir düzlemin ardışık imajları bir ortaya getiriliyor. Daha sonrasında ise doku bir sonraki basamağa geçmeden evvel tekrar taranıyor.

İnsan beyni, daha evvel hiç olmadığı kadar geniş bir çapta tahlil edilecek


Bütün bir insan beynini mevcut klâsik araçlarla görüntülemeye çalışmanın uzun yıllar alacağının altını çizen Hillman,"HOLiS sistemimizin yaklaşık bir hafta içinde bütün bir beyni görüntüleyebileceğini umuyoruz." biçiminde kaydediyor. Bu çeşit bir sürat sayesinde, tüm beyin görüntüleme olayının tek seferlik bir kavram ispatından da ileride, yüzlerce beyni görüntüleyebilen bir teknolojiye evrileceğini belirten Hillman, "Her beynin çok farklı olacağından şüpheleniyoruz, bu yüzden hayat uzunluğu beyin çeşitliliğini anlamak ve nihayetinde çok çeşitli hastalıkları ve bozuklukları keşfedebilmek için birçok beyni görüntüleyebilmemiz gerekiyor." diyerek aktarıyor.

Ancak bu noktada grubun karşısında bir mahzur bulunuyor. Takım, her bir beyin atlaslama çalışmasının, çok büyük bir ölçü olan iki petabaytlık bilgi üretmesini bekliyor. Bu meseleye bir tahlil sunmak gayesiyle Carnegie Mellon'daki Pittsburgh Harika Bilgi Süreç Merkezi'ndeki işbirlikçilerin ise takımın bu data sellerini daha yönetilebilir, aranabilir ve tahlil edilebilecek ve karşılaştırılabilecek kullanıcı dostu data tabanlarına dönüştürmesine yardımcı olacağı tabir ediliyor.

Son olarak sürecin bir sisteme oturtulması halinde insan beyninin daha evvel hiç olmadığı kadar geniş bir çapta analiz edilmesini sağlayan temel bir bilgi tabanı oluşturulabileceğini belirten Hillman, "Bu bilgilere sahip olmak, insan beyninde sıklıkla neyin hakikat gittiğini ve gelişimsel, nörolojik ve psikiyatrik bozukluklarda neyin yanlış gittiğini manaya uğraşlarımızı hızlandırmalıdır. “ diyerek çalışmalarının kıymetine dikkat çekiyor.