İnsanlar için genelleştirilebilir olması beklenen bir fare beyninin bir kısmı haritası, bilim adamlarının davranışları, bilinci ve hatta insan olmanın ne anlama geldiğini anlamalarına yardımcı olabilir.
Bir beyin haritasından 1000’den fazla hücrenin sanatsal bir temsili, her nöron farklı bir renk
Bugüne kadar bir memeli beyninin en büyük ve en kapsamlı 3D haritası, nöronların nasıl bağlandığına ve işlev görmeye benzememiş bir fikir sunar. Bir farenin görsel korteksinin kübik milimetresini yakalayan yeni harita, bilim adamlarının beyin fonksiyonunu olağanüstü ayrıntılarla incelemelerine, nöral aktivitenin davranışlarını nasıl şekillendirdiğine, bilinç gibi karmaşık özelliklerin nasıl ortaya çıktığı ve hatta insan olmanın ne anlama geldiğine dair önemli bilgileri ortaya çıkaracak.
“Davranışlarımız nihayetinde beyindeki aktiviteden kaynaklanıyor ve beyin dokusu tüm memelilerde çok benzer özellikleri paylaşıyor” diyor. “Bu, fare korteksi hakkındaki anlayışların insanlara genelleştirebileceğine inanmamızın bir nedeni.”
Başarı – biyolog Francis Crick’in 1979’da söylediği bir şey “imkansız” – tamamlanması yedi yıl sürdü ve üç kurumdan 150 araştırmacıyı içeriyordu. Bir farenin görsel korteksinin bir kısmından nöral aktivite kaydederek, film ve YouTube klipleri izlerken bir kum tanesinden daha büyük olmayan bir ekiple başladı.
Daha sonra, ikinci bir grup aynı beyin bölgesini diseke eder, onu bir insan saçının genişliğinin 1/400 katına ayırır ve her dilimin fotoğraflarını çeker. Yapının hassas doğası nedeniyle, dilimleme süreci uzun süre durdurulamadı, bu yüzden ekip vardiyalar aldı. “Bu milimetre doku küpünü yaklaşık 30.000 kata ayırarak 12 gün ve 12 gece geçirdik,” diyor Allen Enstitüsü’ndeki ekip üyesi Nuno da Costa.
Oradan, üçüncü bir ekip tüm hücreleri izlemek ve her dilimi bir 3D haritaya yeniden yapılandırmak için AI kullandı. “AI’dan dünyanın en zor boyama kitabını yapmasını istemek gibiydi” diyor Collman. “Üç boyutta 100 milyon görüntünüz var ve her hücrenin farklı bir mum boya ile renklendirilmesi gerekiyor. Yapay zeka bir hücrenin nerede başladığına ve bir sonraki duruşa karar vermeli.”
Bu veriler nihayet projenin başlangıcında kaydedilen fonksiyonel aktivite ile birleştirildi, böylece farenin izlediği şey beyindeki karşılık gelen aktivite ile bağlantılı olabilir. Ortaya çıkan harita, beynin şaşırtıcı karmaşıklığını göstermektedir. Küçültücü boyutuna rağmen, aralarında 4 kilometre dal ve hücreleri birleştiren 523 milyon sinaps içeren 200.000’den fazla hücre içeriyordu.
Veriler, nöronların nasıl iletişim kurduğu konusunda zorlayıcı varsayımlar, sadece yakındaki hücreleri hedeflemekle kalmayıp aynı zamanda aynı görsel uyaranları işlemeye adanmış diğer hücreleri aktif olarak avladıklarını ortaya koyuyor.
Araştırmacılar, haritalarının nöral aktivite ve davranışlar arasındaki bilgi boşluklarını köprülemesini umuyor ve sonunda zeka gibi karmaşık özelliklerin çözülmesine yardımcı oluyor. İngiltere, Edinburgh Üniversitesi’nden Nathalie Rochefort, “Bilimsel topluluğa paha biçilmez olacak çığır açan bir çalışma” diyor.
Da Costa, hemen uygulamalarının ötesinde, bilinç teorilerini bile test edebileceğimizi söylüyor. “Birisinin bir bilinç teorisi varsa, bu verilerin sorularını sorabilir, bu da teorilerini destekleyebilir veya reddedebilir.”
Çalışma, geçen yıl yayınlanan başka bir çalışmaya dayanıyor, yetişkin sinek beynindeki her nöronu haritalayan – sahada daha önce devrim yaratan bir atılım, diyor Rochefort. Örneğin, bilim adamlarının uykudan metabolizmaya kadar her şeyi etkileyen sirkadiyen ritimleri daha iyi anlamalarına yardımcı oldu.
Bu yeni haritanın paha biçilmez olacağını ve araştırmacıların hangi hücrelerin, kablolama prensiplerinin ve fonksiyonel özelliklerinin bir türe özgü olduğunu veya birçoğunda korunduğunu, “sonuçta bizi insan yapan şeylere ışık tutan” bir türü incelemek için farklı türlerin diğer haritaları arasında karşılaştırmalar yapmalarına izin verdiğini söylüyor.
Proje, Doğa Dergileri’nde sekiz makale serisinde yayınlandı.
