Optogenetik ile Beyni Aydınlatmak

Optogenetik ile Beyni Aydınlatmak

Nörologların alet çantasındaki belki de en yeni ve en ilginç araç, bir zamanlar bilimkurgu olarak nitelendirilen optogenetiktir. Sihirli bir değnek gibi, beyne ışık süzmeleri yollayıp belirli yolları aktifleştirerek davranışların kontrolünü sağlar. İnanılmaz bir şekilde, hücrenin ateşlenmesine neden olan ışığa hassas bir gen, cerrahi bir kesikle doğrudan nöronun içerisine yerleştirilebilir. Daha sonra, ışık açılarak nöronun aktifleşmesi sağlanır. Daha da önemlisi, bilim insanlarının bu yolakları harekete geçirmesine izin verir. Bu da belirli davranışların bir anahtar yardımıyla başlatılmasını ya da durdurulmasını sağlar.

Bu teknoloji yalnızca on yıllık olmasına karşın, hayvan davranışlarının kontrolünde kendini çoktan kanıtlamıştır. Bir ışık anahtarını açarak, meyve sineklerinin anında uçmasını, solucanların kıvrılmayı bırakmasını ve farelerin delicesine etrafta koşmasını sağlamak mümkündür. Bu teknolojinin, Parkinson hastalığı ve depresyon gibi bozukluklar üzerinde doğrudan uygulanmasıyla ilgili büyük bir umut vardır.

Bilim insanları bu güçlü yöntemi kullanarak belirli anılardan sorumlu özel nöronları tanımlayabilirler. Diyelim ki, bir fare odaya giriyor ve fareye şok veriliyor. O acılı olayın anısından sorumlu nöronlar aslında izole edilebilir ve hipokampüs analiz edilerek kaydedilebilir. Sonra fare tamamen farklı ve zararsız bir odaya konur. Biri fiberoptik kablodan bir ışığı açarak şokun anısını harekete geçirmek için optogenetiği kullanabilir ve fare ikinci oda tamamen güvenli olmasına rağmen korku tepkisi verir. Bu şekilde, bilim insanları yalnızca sıradan anıları değil, aynı zamanda hiç gerçekleşmemiş olayların anılarını da beyine yerleştirebildiler.

Optogenetik ile beyni derinden incelemek

Optogenetikte temel hedef tam olarak hangi sinir yolunun hangi davranış biçimine yol açtığını belirlemektir. Optogenetik, adı opsin olan bir gen ile başlamaktadır. Bu gen alışılmışın dışında bir gendir, çünkü ışığa duyarlıdır. Bir opsin geni bir nörona klendiğinde ve ışığa maruz bırakıldığında, sinirsel ateşlenme olacaktır. Bir düğmenin çevrilmesiyle opsin tarafından üretilen proteinler, elektrik ürettiklerinden ve ateşleneceklerinden belirli davranışlar için sinir yolu hemen tanınabilir.

Zor kısım, bu geni tek bir nöronun içine yerleştirmektir. Bunu yapmak için genetik mühendisliği tekniği kullanılır. Opsin geni zararsız bir virüse yerleştirilir ve bu virüs de hassas aletler kullanılarak tek bir nörona yerleştirilebilir. Sonra, virüs genlerini nöronun genlerine aktararak nöronu enfekte eder. Devamında bir ışık süzmesi nöronal dokuya çarptığında nöron çalışmaya başlar. Bu yolla belirli mesajların tam olarak hangi yolu izledikleri kaydedilebilir.

Optogenetik, yalnızca bir ışık süzmesi tutularak belirli yolların belirlenmesinde kullanılmaz, aynı zamanda bilim insanlarının davranışı kontrol etmelerine de olanak sağlar. Bu yöntemin başarısı kanıtlanmıştır. Örneğin; basit bir nöronal devrenin, meyve sineklerinin uçup gitmesinden sorumlu olabileceğinden uzunca bir süredir kuşkulanılmaktaydı. Sonunda, bu yöntem yardımıyla bu kaçmanın ardındaki yolu tam olarak belirlemek mümkün oldu. Bu meyve sineklerine bir ışık süzmesi tutulduğunda kaçma emri alırlar.

Bunlardan ortaya çıkarılacak uygulamalar müthiştir. Meyve sineklerinin, basit refleks mekanizmaları içeren bir tutam nöronu vardır; fakat farelerin insan beynindekine benzer tamamlanmış limbik sistemleri vardır. Farelerde uygulama bulan pek çok deney henüz insanlarda uygulama bulamasa da, bilim insanlarının bir gün belirli beyin hastalıkları için belirli nöral yolları bulup sonra da hiçbir yan etki ortaya çıkarmadan onları tedavi edebilmeleri olasılığı hala geçerliliğini korumaktadır. Dr. Edward Boyden’ın de söylediği gibi ‘’ Bir beyin devresi kapatılmak istenirse bu beyin bölgesine cerrahi girişimle müdahale etmek yerine, fiberoptik implantlar daha çok tercih edilecektir.’’

Hazırlayan: Damla Uludağ


Damla Uludağ

Damla Uludağ, 1995 yılında İstanbul’da doğmuştur. Eğitim hayatını İstanbul Medipol Üniversitesi’nde sürdürmektedir. Devam eden üniversite hayatında fizyoloji tutkunu olan Damla, bu alanı sinirbilim ile bir bütün haline getirmek istemektedir. Sinirbilime olan ilgisi “Geleceğin Bilimi” platformunda hala aktif olduğu sinirbilim atölyesi sayesinde daha çok artmıştır. Sinirbilim adına düzenlenen “404 NeuroScienceFound” isimli panelde beyin plastisitesi üzerine sözlü sunum yapmıştır. Gelecek dergisinde yayınlanmak üzere sinirbilim alanı ile ilgili “Sirkadiyen Ritim” konulu yazısını yazmıştır ve bu derginin yaşam bilimleri editörlerindendir. Aynı zamanda çizim ve müzik ile amatör olarak ilgilenmektedir. Hücresel sinirbilim alanındaki tüm konularda merakı ve araştırma isteği vardır. “Hücresel işleyiş mekanizmaları ile ruhaniyetimizin üzerine giydirilmiş mükemmel örtünün tanımının detaylandırılması” için tüm azmini ortaya koymak istemektedir.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.