İnsan beyninin en detaylı atlasını oluşturdu
Bilim insanları beyin dokusunu ilk kez mikroskop altında incelediklerinde aşılmaz, karmaşık bir karmaşa gördüler. Modern sinir biliminin babası Santiago Ramon y Cajal, bu deneyimi yüz milyar ağaçtan oluşan bir ormana girmeye, “her gün bu iç içe geçmiş ağaçlardan bazılarının bulanık kısımlarına bakıp birkaç yıl sonra resimli bir rehber yazmaya çalışmaya” benzetmiştir. Cajal’ın çalışmasının yazarlarının “Güzel Beyin” kitabında yazdığı gibi orman için pratik yapın.
Duyuru
Bilim insanları artık bu gezi rehberinin ilk taslağına sahipler. Ekipler, üç dergide yayınlanan 21 yeni makaleye, insanlar ve insan olmayan primatlar için büyük ölçekli tam beyin hücresi atlasları oluşturulduğu raporunu dahil etti. Bu çalışma beş yıllık bir araştırmanın sonucudur. Baş yazarlardan biri olan Allen Beyin Bilimi Enstitüsü’nden sinir bilimci Ed Lein, “Bu sadece bir atlas değil” diyor. “Geçmişte mümkün olmayan türlerin beyinlerinde son derece yüksek hücresel çözünürlüğü gözlemlemenin artık mümkün olduğu tamamen yeni bir alan açıyor.”
Beyin atlası nedir ve onu bu kadar farklı kılan şey nedir?
Beyin atlası beynin 3 boyutlu haritasıdır. Bazı beyin atlasları halihazırda mevcuttur, ancak bu yeni makale dizisi, insan ve insan olmayan primatların tüm beyinlerinin benzeri görülmemiş bir çözümünü sunmaktadır. İnsan Beyni Atlası, yetişkin ve gelişmekte olan bireylerdeki 3.000’den fazla hücre tipinin yerini ve işlevini içermektedir. Lein, “Bu, insan beyninin bu düzeydeki en eksiksiz tanımı ve birçok beyin bölgesinin ilk tanımıdır” diyor. Ancak bu henüz bir ilk taslak.
Çalışma, ABD Ulusal Sağlık Enstitüleri’nin BRAIN Girişimi Hücre Sayımı Ağı’nın bir parçası. Fareler için beyin hücrelerinin kapsamlı bir 3 boyutlu referans atlasını oluşturmak amacıyla 2017 yılında başlatıldı. Bu proje halen devam etmektedir. 12 Ekim’de sunulan bulgular, farelerde kullanılan yöntemlerin daha büyük beyinlerde de işe yarayıp yaramayacağını test etmek için tasarlanan pilot çalışmalardan geliyor. Sonuç: Gerçekten çok iyi çalıştılar.
Bu ilk çalışmalar neyi ortaya çıkardı?
İnsan beyni çok karmaşıktır. Ekipler şu ana kadar 3.300’den fazla hücre tipi tespit etti. Araştırmacıların şu anda üzerinde çalıştığı gibi çözünürlük daha da artarsa muhtemelen çok daha fazla tür keşfedecekler. Zaten daha gelişmiş olan fare beyni atlasının oluşturulması sırasında 5.000 kadar hücre tipi tanımlandı. (Daha fazla bilgiyi şu ön baskılarda bulabilirsiniz: 1 ve 2)
Ancak bu karmaşıklığın arkasında bazı benzerlikler var. Örneğin birçok bölge aynı hücre tipine sahiptir ancak farklı oranlardadır. Üstelik bu karmaşıklığın yerleşimi şaşırtıcıdır. Sinirbilim, araştırmalarını büyük ölçüde hafızadan, öğrenmeden, dilden ve çok daha fazlasından sorumlu olan beynin dış kaplamasına odakladı. Ancak Lein, hücresel çeşitliliğin çoğunun beynin derinlerindeki eski evrimsel yapılarda bulunduğunu söylüyor.
Beyin hücresi atlasları nasıl oluşturuldu?
Hücre tiplerini sınıflandırmaya yönelik klasik sinirbilimsel yaklaşım, hücrenin şekline (yıldız şeklindeki astrositleri düşünün) veya hücre aktivitesinin türüne (hızlı ateşlenen ara nöronlar gibi) dayanır. Lein, “Bu hücre atlasları, genom biliminden gelen yeni bir dizi teknolojiyi kullanıyor” diyor, özellikle tek hücre dizilimi olarak adlandırılan.
Genetik test, bir biyobankadan alınan küçük bir donmuş beyin dokusu parçasıyla başlar. Lein, “Dokuyu kesiyorsunuz ve onu anlamaya çalışmak için birçok hücrenin profilini çıkarıyorsunuz” diyor. Bunu yapmak için hücre çekirdeklerinin DNA’sı dizilenerek hangi genlerin ifade edildiğini görürüz. Lein, “Her hücre tipinin, tipik olarak kullandığı tutarlı bir gen dizisi vardır. Bu genlerin tümünü kaydedebilir ve daha sonra tüm hücre türlerini, genel gen ekspresyon modellerine göre gruplandırabilirsiniz” diyor. Daha sonra donörün beyninden gelen görüntüleme verilerini kullanarak bu işlevsel bilgiyi mekansal olarak atayabilirler.
Bilim insanları bu beyin hücresi atlaslarını nasıl kullanabilir?
Bunun için birçok seçenek var. Ancak önemli bir uygulama alanı da beyin hastalıklarının temellerini anlamaktır; bu, kısa süre önce tamamlanan “İnsan Beyni Projesi”nin de uzun vadeli hedefidir. Lein, normal veya sözde nörotipik beyni tanımlayan insan beyninin referans atlasının araştırmacıların depresyon, şizofreni ve diğer birçok hastalığı anlamalarına yardımcı olabileceğini söylüyor. Farklı derecelerde Alzheimer hastalığı olan kişilerin beyinlerini karakterize etmek için hemen hemen aynı yöntemler kullanılabilir ve daha sonra bu beyin haritaları referans atlasıyla karşılaştırılabilir. Lein, “Ve şimdi şu soruları sorabilirsiniz: Belirli hücre türleri hastalığa duyarlı mıdır, yoksa belirli hücre türleri hastalığın nedeni midir?” diyor.
Araştırmacılar, plakları ve bükülmüş fibrilleri (yumrukları) incelemek yerine, “bozulabilecek ve işlevsel sonuçlara yol açabilecek devre elemanları arasında yer alan çok spesifik nöron türleri” hakkında sorular sorabileceklerini söylüyor.
Bir sonraki adım nedir?
Daha sonra araştırmacılar çözünürlüğü daha da geliştirmek istiyorlar. “Bir sonraki aşama, insan ve insan olmayan primatların yetişkin beyninin çok ayrıntılı bir araştırmasıdır.” Aslında bu çalışma, BRAIN Girişimi’nin beş yıllık, 500 milyon dolarlık bir projesi olan Hücre Atlası Ağı ile zaten başladı. Amaç, insan beyni hücre türlerinin yaşam süresi boyunca kapsamlı bir referans atlasını oluşturmak ve ayrıca çok çeşitli beyin bozukluklarının altında yatan hücresel etkileşimleri haritalandırmaktır. Bu, Ramon y Cajal’ın hayal bile edemeyeceği düzeyde bir ayrıntı.
(vsz)
Haberin Sonu