İnsanlığa Boyut Atlatacak Bilim: Konnektom

İnsanoğlu, bitmek bilmeyen bir araştırma isteğine ve merak duygusuna sahip. Ve bunlar bizleri bugünkü medeniyet seviyesine ulaştırdı. Televizyonlar, bilgisayarlar, uzay araştırmaları vb. Ama teknoloji ve bilim artık çok farklı bir boyuta doğru gidiyor. Şimdi ise sırada beyinlerimizi ölümsüz kılacak bir çalışma var. Bunun için yeni bir bilim dalı ortaya çıktı bile: “Konnektom Bilimi“.

Konnektom Bilimi Nedir?

İnsan beyni tüm organlarımız içindeki en karmaşık olanıdır. İnsan beyni milyarlarca nöron içerir ve bu nöronlar birbirleriyle 3 boyutlu bir ağ üzerinde adeta örülmüş şekildedir. Konnektom biliminin amacı ise beyindeki tüm nöronların 3 boyutlu olarak haritalandırılması ve hangi nöronun ne işe yaradığını bularak onların tekrar yapılandırılmasıdır. Ama böyle büyük bir projenin sadece bir amacı olduğunu düşünmek yanlış olur. Şüphesiz ki insan beyni muhteşem ve bir o kadar da karmaşıktır. Ve onunla ilgili buluşlarında bir o kadar çok yönlü olabileceğini unutmayalım.

İleri Okuma: Nöron Nedir?

Beyin Nasıl Haritalandırılır?

Beynin haritalandırılması için çok çeşitli yöntemler gerekli. Bunlardan biri fMRI’dır. fMRI’nın açılımı fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme anlamına gelir. MR cihazında özel bir çekim yöntemi uygulanır ve beynin 3 boyutlu olarak aktif bölgelerinin tespiti için kullanılır. fMRI aktif beyin bölgelerini tespit ederken elektriksek sinyalleri kullanmaz. Kan akımının hızı ve kandaki oksijen yoğunluğu bilgilerini kullanır. Bir diğeri ise EEG’dir yani elektroensefalografi. Beynin elektriksel faaliyeti, hastanın saçlı derisi üzerine yerleştirilen küçük metal elektrodlar aracılığıyla EEG cihazına iletilir ve EEG ile bu sinyaller beyin dalgalarına dönüştürülür. Son olarak Diffusion Tensor Imaging (DTI) adı verilen bir cihaz ile aktivite sırasında oluşan sinir yolağı tespit edilir. DTI yöntemine aynı zamanda Traktografi adı da verilir. Bundan sonra ise devreye bilgisayar programları giriyor ve nöral analiz yapılıyor.

Konnektom Bilimi Ne Aşamada?

1970 yılında Biyolog Sydney Brenner ve meslektaşları hermafrodit olan bir yuvarlak solucanı saklamaya başladılar. Bu solucanın adı Caenorhabditis elegans’tı. Daha sonra solucanı tabiri caizse sosis gibi dilimleyerek güçlü bir elektron mikroskobunda gözlemlemeye başladılar. Amaçları C. elegans solucanının 302 nöronunu ve yaklaşık 7000 sinapsını görüntülemekti. Özellikle bu solucanın seçilmesinin sebebi şeffaf yapısıydı. Diğer bilim insanları da bu özelliğinden dolayı elegans adlı solucanı sıklıkla deneylerinde kullanmışlardır. Bu yüzdendir ki elegans solucanı 3 kişiye nobel kazandırmıştır. Konumuza dönecek olursak bilim insanları nihayet  1986 yılında bu grafiklerin tamamına yakınını yayınladı. Bundan 20 yıl sonra Janelia Araştırma Kampüsünden Dmitri Chklovskii ve ortakları, grafiğin çok daha kapsamlısını yayınladı. Bugünse bu tip grafikler konnektom olarak adlandırılıyor. Aşağıdaki resimde konnektomu çıkarılmış tek canlı olan elegans solucanının nöral haritasını görebilirsiniz.

Yukarıdaki örnektede görüldüğü gibi 300 nöronluk bir canlının konnektomu bile 16 yıl gibi bir süre istiyor. İnsandaki 100 milyar nöron ve 100 trilyon sinsapsı düşünecek olursak bu uğraş beyhude bir çaba gibi gözüküyor. Ama bilim insanlarının ne kadar inatçı olduğunu hepimiz biliyoruz. Daha çok çalışarak sürekli yeni methodlar geliştiriliyor. Örneğin  2011 yılında, Almanyadaki Heidelberg Üniversitesi, Max Planck Medikal Araştırma Enstitüsü’ne ait bir araştırma ekibi bir method geliştirdi. Max Planck Medikal Araştırma Enstitüsü araştırma ekibi bu büyük proje için 2 yeni bilgisayar programı ‘‘KNOSSOS ve RESCOP’’ u kullandı. 70 in üzerinde öğrenci 100 den daha fazla nöronu haritalandırabildi. Ayrıca Indıana Üniversitesinde Profesör olan Olaf Sporns ve Edward Bullmore’ın başlattığı ve eski Amerika Başkanı Barrack Obama’nın da 100 milyon dolarlık katkı sağladığı The Human Connectome Project adlı bir çalışma var. Bu method ve projelerle insan beyninin haritalandırılması hızlandırılıyor.

Gerçekleşirse Ne Olacak?

Şu sıralarda Nörobilimci ve Fizikist Sebastian Seung’ın  ‘‘I am my connectome’’ adlı bir teorisi var. Bu teoriye göre insanın konnektomunu tamamen ortaya çıkarabilirsek beynimiz daha doğrusu fikirlerimiz ve anılarımız hiç ölmeyebilir. Teorik fizikçi Michio Kaku’nun ise sınırları zorlayan bir fikri var. Bu fikre göre konnektomumuzu ışık hızıyla uzaya yollayarak oradaki ara duraklardaki robotlarla evreni keşfedebiliriz. Açıkçası bu çok iyi olurdu çünkü yer çekimi, yakıt tüketimi gibi bir çok sorunu çözüp daha sonra araştırma yapabiliyoruz. Daha mütevazi bir teori ise sinir sistemi hastalıklarında sorunlu olan nöron ve sinapsların tespit edilerek, hasarlı olanların düzeltilebileceğini ve yeniden yapılandırılabileceğini savunuyor.

Hazırlayan: Erdem Ersan Akyürek

Kaynaklar

1. https://www.youtube.com/watch?v=aUUl3YPDcAE

2. https://www.ted.com/talks/sebastian_seung

3. https://www.scientificamerican.com/article/c-elegans-connectome

4. http://bigthink.com/dr-kakus-universe/mapping-the-brain-the-human-connectome

5. http://www.redorbit.com/news/science/2087137/the_brains_connectome__from_branch_to_branch

6. https://www.humanconnectome.org/study/hcp-young-adult/project-protocol/diffusion-tractography