Geçtiğimiz günlerde bilim dünyasında sessiz sedasız bir eşik daha aşıldı. Hem de bilimin en zorlandığı disiplinlerden biri olan nörobilimde. Ve tüm disiplinleri de düşündüğümüzde insanlığın karşı karşıya olduğu en büyük zorluklardan biri olan bir konuda. Beyni anlamak…
İnsan beynini bir kenara bıraksak bile herhangi bir organizmanın beyin yapısını, nasıl çalıştığını, en önemlisi o karmakarışık yapı içerisinde farklı nöron tiplerinden oluşan sayısız nöron grubunun sahip olduğu milyarlarca bağlantıyı inceleyebilmek en basit haliyle büyük bir hayaldi şimdiye kadar. İnsan beyini bırakın, bir sineğin kafasının içindeki o küçücük beyni bile anlayamamıştık. Ta ki şimdiye kadar. Evet. Bilim insanları yakın zamanda Nature dergisinde 9 ayrı makalede bir “sineğin” beyninin eksiksiz, kusursuz, tüm bağlantıları ile haritalandığını duyurdular.
Aman ne büyük haber değil mi? Ama hiç öyle demeyin. Bu gerçekten çığır açan bir gelişme. Zira kendimizi bu küçük böceklerden ne kadar büyük ve farklı görsek bile insan beyni ile bir sineğin beyni arasındaki benzerlikleri duyduğunuzda neden bunun büyük bir haber olduğunu anlayacaksınız. O halde gelin detaylara bakalım.
Hikayemiz 2013 yılında başlıyor. Amerika’nın Maryland eyaletinde bulunan Howard Hughes Tıp Enstitüsü Janelia Araştırma Kampüsünde çalışan Davi Bock isimli bir nörobilimci ve ekibi bir meyve sineğinin beynini koruyucu bir kimyasal solüsyon içerisine koymuşlardı. Bu yetişkin dişi meyve sineğinin beyni 2013 yılından 2018 yılına kadar bu sertleşen solüsyon içerisinde tam 5 yıl kadar kaldı. 2018 yılına geldiğimizde ekip bir haşhaş tohumu boyutundaki bu beyni elektron mikroskobisini kullanarak tam 7050 dilim olacak şekilde kestiler. Ve bu kesitlerden 21 milyon fotoğraf çektiler.
Bu fotoğrafları da herkese açk şekilde paylaştılar ve bu aşırı detaylı beyin fotoğrafları yeni bir fikir doğurdu: Bir sinek nörobilimcisi (evet böyle bir çalışma alanı var) Mala Murthy yanına Princeton’dan Sebastian Seung’u da alarak bu sineğin beynini bu fotoğrafları kullanarak her bir nöronu ve sinapsına kadar haritalayıp haritalayamayacaklarını düşündüler. Mala Morthy bir röportajında “çok saçma bir düşünce gibi görünüyordu. Yani çok fazla veri vardı ve kimse bu zamana kadar bu kadar kapsamlı bir harita çıkarmamıştı” demişti.
İlk olarak tabi bu devasa görev için ilk kapı olan yapay zekaya başvurdular. Araştırmacılar, ellerindeki görüntü verilerini kullanarak sineğin beyin hücrelerini yapay zeka yardımıyla yeniden oluşturmaya çalıştılar. Ancak gelin görün ki, teknoloji ne kadar ilerlemiş olsa da mükemmel değildi ve bazı hatalar yapıyordu. E, ne demişler? İnsan aklının yerini hiçbir şey tutmaz!
İşte tam bu noktada araştırmacılar, FlyWire adını verdikleri bir konsorsiyum oluşturdular. Amacları neydi biliyor musunuz? Yüzlerce gönüllüyü bir araya getirip, connectome adı verilen bu 3 boyutlu beyin haritasını elle kontrol etmek ve notlandırmak. Evet, dünyanın dört bir yanından insanlar, bilgisayar başına geçip bir sineğin beynindeki her bir ayrıntıyı incelemişlerdi. Sanki dev bir yapboz üzerinde çalışır gibi, her bir parçayı yerine oturtmaya çalıştılar. Yapay zekanın gözden kaçırdığı en ufak bir detayı bile yakalamak için gece gündüz çalışan bu gönüllülerin bu inanılmaz çalışmaları sonucunda ekip, bugüne kadar, bilim tarihinde herhangi bir organizmaya ait en eksiksiz beyin haritasını ortaya çıkarmayı başardı. Ve bir sineğin bir tohum kadar beyninde ne kadar nöron vardı dersiniz? Neredeyse 140.000 nöron! Evet. Ve bu 140.000 nöronun 8.453’ü farklı nöron tipindendi ve bu 140.000 nöron tam olarak 54,5 milyondan fazla sinapsa, bağlantıya sahipti… Bir sineğin beynindeki karmaşıklığa bakar mısınız? Beynin neden evrenin en karmaşık yapısı olduğunu buradan anlayabiliriz.
Ama gelin size daha çarpıcı bir karşılaştırma yapayım: Eğer bu meyve sineğinin beynindeki tüm sinir bağlantılarını uç uca eklersek, ortaya çıkan uzunluk 150 metreyi aşıyor! Bu da demek oluyor ki, dört tane mavi balinanın burun buruna dizilmesinden daha uzun bir mesafeden bahsediyoruz. Hem de sadece bir sineğin beyninde! İnsan beynini düşündüğünüzde bu uzunluğun nerelere varacağını hayal edebiliyor musunuz? Bahsedeceğiz birazdan. Bu çığır açan çalışmaya gelirsek. Çalışma bahsettiğimiz gibi Nature dergisinde tam dokuz ayrı makale olarak yayımlandı. Howard Hughes Tıp Enstitüsü’nden Clay Reid’in dediği gibi, "Bu gerçekten çok büyük bir olay!"
Peki neden bu kadar önemli? Çünkü daha önce hiç bu kadar karmaşık bir beyin yapısı bu denli ayrıntılı haritalanmamıştı. Evet, daha önce de bazı canlıların beyinleri incelenmişti: Örneğin, 78 nörona sahip bir deniz solucanı larvası, 177 nöronlu bir deniz kestanesi larvası ve 302 nöronlu bir yuvarlak solucan… Geçen yıl ise bilim insanları 3.000 nöronlu bir meyve sineği larvasının beyin haritasını çıkarmayı başarmışlardı. Ama yetişkin bir meyve sineğinin beyni? İşte bu bambaşka bir boyut!
Peki başta sormuştuk. Neden bu bizi ilgilendirsin? Sineğin beyninden bize ne? Burada biraz şaşırabilirsiniz. Zira biz insanlar, genetik yapımızın %60’ını meyve sinekleriyle paylaşıyoruz. Dahası, genetik hastalıklara neden olan genlerin %75’i bizde ve onlarda ortak! Bu yüzden, bir sineğin beynini bu kadar detaylı anlamak, aslında kendi beynimizi anlamaya da bir adım daha yaklaşmak demek.
Ne kadar benzeyebiliriz diye düşünüyorsanız da şöyle söyleyeyim: meyve sinekleri de tıpkı bizim gibi sarhoş olabiliyor, şarkı söyleyebiliyor ve kahve içtiklerinde uyanık kalıyorlar. Bu benzerlikler, beynimizin işleyişinde de önemli paralellikler olabileceğini gösteriyor. Princeton Üniversitesi’nden Sebastian Seung’un dediği gibi: "Eğer herhangi bir beyni gerçekten anlayabilirsek, bu bize tüm beyinler hakkında bir şeyler öğretecektir."
Bu çalışmanın belki de en heyecan verici yanlarından biri, bilim insanlarının sineğin beyninin bilgisayar simülasyonunu yaratmış olmaları. Bu sanal beyin, gerçek bir sineğin beyninin tepkilerini %90’ın üzerinde bir doğrulukla tahmin edebiliyor! Örneğin, tatlı ve acı tat uyaranlarına karşı sineğin hortumunun (bizim dilimiz gibi düşünün) nasıl hareket edeceğini öngörebiliyor.
Bu harita sayesinde, sağlıklı bir beynin nasıl çalıştığını daha iyi anlıyoruz. Bu da beyin hastalıklarının tedavisinde çok önemli ipuçları sağlayabilir. Mesela, bu çalışmada 4.581 yeni nöron tipi keşfedildi! Ayrıca, farklı nöron tiplerinin salgıladığı dopamin ve serotonin gibi nörotransmitterler hakkında da çok değerli bilgiler elde edildi. Peki ya gelecek? Bilim insanları şimdi bir erkek meyve sineğinin beynini haritalamayı planlıyor. Ve sonra? Belki de sırada bir fare beyni var. Ama unutmayın, bir fare beyni bir meyve sineğinin beyninden yaklaşık 1000 kat daha fazla nörona sahip!
Ve insan beyninde ne kadar nöron vardır dersiniz? Hazır olun: Yaklaşık 86 milyar nöron! Evet. Ve bu 86 milyar nöronun binlerce farklı tipi var. Peki ya bağlantılar? İşte asıl baş döndürücü rakam burada: İnsan beynindeki sinaps sayısı yaklaşık 100 trilyon civarında! Ve eğer insan beynindeki tüm sinir bağlantılarını uç uca ekleyebilseydik, ortaya çıkan uzunluk yaklaşık 160.000 kilometreyi bulurdu! Dünya’nın çevresini tam 4 kez dolaşabilecek bir uzunluktan bahsediyoruz. Hem de sadece tek bir insanın beyninde! Hadi zihnimizi biraz daha zorlayalım. Tüm insanların beynindeki sinapsları birleştirsek ne olurdu peki?
Dünya üzerinde yaklaşık 8 milyar insan olduğunu düşünürsek ve her bir insan beyninde ortalama 100 trilyon sinaps olduğunu hatırlarsak, ortaya çıkan rakam gerçekten de astronomik! 8 milyar x 100 trilyon = 800 kentilyon sinaps! Peki, bu sinapsları uç uca eklersek ne olur? Her bir sinapsın ortalama uzunluğunu yaklaşık 1 mikrometre (yani metrenin milyonda biri) olarak kabul edersek: 800 kentilyon x 1 mikrometre = 800 milyar kilometre! Bu uzunluk, Güneş Sistemi’mizin sınırlarını aşıp, en yakın yıldız sistemi olan Alpha Centauri’ye kadar uzanıp geri dönebilecek bir mesafe! Hatta bu yolculuğu defalarca yapabilirsiniz.
Düşünsenize, tüm insanlığın beyin gücü bir araya geldiğinde, galaksiler arası bir yolculuğa çıkabilecek kadar uzun bir "sinir ağı" oluşturuyoruz. Bu, sadece fiziksel bir uzunluktan bahsetmiyoruz elbette. Aynı zamanda bu, insanlığın kolektif bilgi birikiminin, yaratıcılığının ve potansiyelinin de bir göstergesi.
İşte bu yüzden beyin, evrendeki en karmaşık yapı olarak kabul ediliyor. Ve düşünün ki, şu anda bu muhteşem organı kullanarak bu satırları okuyorsunuz. Her bir kelimenin anlamını çözüyor, cümleleri bir araya getiriyor ve tüm bu bilgileri işliyorsunuz. Hem de saniyeler içinde! Beynimizin gücü ve potansiyeli gerçekten de sınırsız gibi görünüyor, değil mi?
Bu çalışmanın mimarlarından Davi Bock’un dediği gibi: "Henüz işimiz bitmedi, ama bu çok büyük bir adım." Ve kim bilir, belki de bu küçücük sineğin beyni, kendi beynimizin gizemlerini çözmemize yardımcı olacak anahtarı bize sunacak. Bilimin bizi nereye götüreceğini kim bilebilir? Ama şunu biliyoruz ki, her adımda evrenin ve kendimizin sırlarına biraz daha yaklaşıyoruz. Ve bu yolculuk, tıpkı keşfettiğimiz beyin bağlantıları gibi, bitmek bilmeyen bir macera vaat ediyor.
