Bir böcek beynindeki, sinaps çözünürlüklü elektron mikroskobu kullanılarak yeniden oluşturulmuş eksiksiz nöron seti. Kredi: Johns Hopkins Üniversitesi/Cambridge Üniversitesi
Bilim adamları, meyve sineği larvasının beyninde her bir nöronu ve bunların nasıl birbirine bağlandığını gösteren ilk haritayı oluşturdular.{ 8}
Araştırmacılar, meyve sineği larvasının beyninde her bir nöronu ve bunların nasıl birbirine bağlandığını gösteren ilk haritayı oluşturdular.
Bilimde ileriye doğru atılan bu büyük adım, nihayetinde sinyallerin beyinde nöral düzeyde yol aldığı ve davranışa ve öğrenmeye yol açtığı temel ilkeleri anlamamıza yardımcı olur.
Larvanın beynini oluşturan 3016 nöronun haritası ve içindeki nöral yolların ayrıntılı devreleri, “konektom” olarak bilinir. Bu şimdiye kadar açıklanan en büyük tam beyin bağlantısıdır.
Tıbbi Araştırma Konseyi Moleküler Biyoloji Laboratuvarı’ndan ve Cambridge Üniversitesi’nden Profesör Marta Zlatic ve Profesör Albert Cardona ve hem Birleşik Krallık’tan hem de ABD’den meslektaşları bu çığır açıcı gelişmeye öncülük ettiler araştırma. Çalışma, Science dergisinde 10 Mart 2023’te yayınlandı.
Nöronların noktalar olarak temsil edildiği ve daha benzer bağlantıya sahip nöronların birbirine daha yakın çizildiği, bağlantıyı gösteren bir diyagram. Çizgiler, nöronlar arasındaki bağlantıları gösterir. Şeklin kenarlığı, örnek nöron morfolojilerini gösterir. Kredi: Johns Hopkins University/University of Cambridge
Beyin de dahil olmak üzere bir organizmanın sinir sistemi, sinapslar yoluyla birbirine bağlanan nöronlardan oluşur. Kimyasal formdaki bilgiler, bu temas noktalarından bir nörondan diğerine geçer.
Profesör Zlatic şöyle dedi:
“Beyin devresinin yapılanma şekli, beynin yapabileceği hesaplamaları etkiler. Ancak bu noktaya kadar, hepsi birkaç yüz nörona sahip olan yuvarlak kurt C. elegans, alçak kordalıların iribaşları ve deniz annelidlerinin larvaları dışında herhangi bir beynin yapısını görmedik. Bu, nörobilimin çoğunlukla devre haritaları olmadan çalıştığı anlamına gelir. Beynin yapısını bilmeden, hesaplamaların nasıl yapıldığını tahmin ediyoruz. Ama şimdi beynin nasıl çalıştığına dair mekanik bir anlayış kazanmaya başlayabiliriz.”
Zlatic, mevcut teknolojinin henüz büyük memeliler gibi daha yüksek hayvanlar için bağlantının haritasını çıkaracak kadar gelişmiş olmadığını açıkladı. Ancak şunları söyledi:
“Bütün beyinler benzerdir – hepsi birbirine bağlı nöron ağlarıdır – ve tüm türlerin tüm beyinleri birçok karmaşık davranış sergilemek zorundadır: hepsinin duyusal bilgileri işlemesi, öğrenmesi, eylemleri seçmesi gerekir hayvanlar aleminde genlerin korunması gibi, bu temel davranışları gerçekleştiren temel devre motiflerinin de korunacağını düşünüyorum.”{ 4}
Bir böcek beynindeki nöronların tamamı. Kredi: Johns Hopkins Üniversitesi/Cambridge Üniversitesi
Meyve sineği larva bağlantısının bir resmini oluşturmak için Zlatic, Cardona ve meslektaşları, yüksek çözünürlüklü bir elektron mikroskobu kullanarak larva beyninin binlerce dilimini taradılar. Ortaya çıkan görüntüleri sineğin beyninin bir haritasına dönüştürdüler ve nöronlar arasındaki bağlantıları özenle açıkladılar. 3016 nöronu haritalamanın yanı sıra, inanılmaz bir 548.000 sinapsın haritasını çıkardılar.
Araştırmacılar ayrıca, böceğin beynindeki olası bilgi akışı yollarını ve farklı devre motiflerini belirlemek için hesaplama araçları geliştirdiler. yapısal özellikler tıpatıp son teknoloji ürünü derin öğrenme mimarisi gibidir.
Zlatic şunları söyledi:
“Bu çalışmanın en zorlu yanı, gördüklerimizi anlamak ve yorumlamaktı. Pek çok yapıya sahip karmaşık bir sinir devresi ile karşı karşıyaydık. Profesör Priebe ve Profesör Vogestein’ın Johns Hopkins Üniversitesi’ndeki gruplarıyla işbirliği içinde, ilgili devre motiflerini yapıdan çıkarmak ve tahmin etmek için hesaplama araçları geliştirdik. Bu biyolojik sistemi karşılaştırarak potansiyel olarak daha iyi yapay ağlara da ilham verebiliriz.”
Tıbbi Araştırma Konseyi Nörobilimler ve Ruh Sağlığı Başkanı Jo Latimer şunları söyledi:
“Bu, heyecan verici bir ve MRC Moleküler Biyoloji Laboratuvarı’ndaki meslektaşların ve diğerlerinin önemli çalışmaları. Sadece böceğin beynindeki her bir nöronun haritasını çıkarmakla kalmadılar, aynı zamanda her bir nöronun nasıl bağlandığını da çözdüler. Bu, beynin nasıl çalıştığına, özellikle de sinyallerin nöronlar ve sinapslar aracılığıyla davranışa yol açarak nasıl hareket ettiğine ilişkin temel soruların ele alınmasına yönelik büyük bir adımdır ve bu ayrıntılı anlayış, gelecekte terapötik müdahalelere yol açabilir.”
sonraki adım, örneğin öğrenme ve karar verme gibi belirli davranışsal işlevler için gereken mimariyi anlamak için daha derine inmek ve böcek bir şeyler yaparken tüm bağlantıdaki etkinliğe bakmak olacaktır.
Çünkü bu araştırma hakkında daha fazla bilgi için bkz. Bir Böcek Beyninin İlk Tam Haritası.
Referans: “Bir böcek beyninin bağlantı noktası”, yazan Michael Winding, Benjamin D. Pedigo, Christopher L. Barnes, Heather G. Patsolic, Youngser Park, Tom Kazimiers, Akira Fushiki, Ingrid V. Andrade, Avinash Khandelwal, Javier Valdes-Aleman, Feng Li, Nadine Randel, Elizabeth Barsotti, Ana Correia, Richard D. Fetter, Volker Hartenstein, Carey E. Priebe, Joshua T. Vogelstein , Albert Cardona ve Marta Zlatic, 10 Mart 20 23, Bilim.
DOI: 10.1126/science.add9330