Bilim insanları, bir meyve sineğinin beynindeki 130 binden fazla nöron ile yaklaşık 50 milyon bağlantının konumunu ve yapısını ayrıntılı biçimde haritaladı. Çalışma, insan beyninin nasıl çalıştığını anlamak için önemli bir araştırma zemini oluşturuyor.

Meyve sineğinin beynindeki gizem çözüldü

Yürüyebilen, uçabilen, çevresindeki tehlikeleri algılayabilen ve eşini çekmek için özel sesler çıkarabilen meyve sinekleri, tüm bu karmaşık davranışları toplu iğne başı büyüklüğündeki beyinleriyle gerçekleştiriyor.

Bilim insanları şimdi bu küçük beynin nasıl çalıştığına ilişkin en kapsamlı haritalardan birini ortaya çıkardı.

Araştırmada yetişkin bir meyve sineğinin beynindeki 130 binden fazla nöron ve yaklaşık 50 milyon bağlantı tek tek incelendi. Bilim dünyasında “konnektom” olarak adlandırılan bu bağlantı haritası, nöronların birbirleriyle nasıl iletişim kurduğunu görme açısından önemli bir kaynak oluşturuyor.

İnsan beyninden yaklaşık bir milyon kat daha küçük

Meyve sineğinin beyni ile insan beyni arasında devasa bir ölçek farkı bulunuyor. İnsan beyninde yaklaşık 86 milyar nöron bulunurken, araştırmada incelenen sinek beyninde yaklaşık 130 bin nöron yer alıyor.

Bu nedenle araştırmacılar, sinek beyninin haritasının insan beyninin doğrudan bir modeli olmadığını belirtiyor. Ancak küçük ve daha yönetilebilir bir sinir sistemi üzerinden beynin temel çalışma prensiplerinin anlaşılabileceği düşünülüyor.

Bilim insanları özellikle görme, hareket ve çevreden gelen uyarıların işlenmesi gibi süreçlerin hangi sinir devreleri üzerinden gerçekleştiğini daha ayrıntılı biçimde inceleyebilecek.

Görme ve hareket için farklı devreler bulundu

Araştırmanın dikkat çeken sonuçlarından biri, hareket ve görme işlevlerinde görev alan sinir devrelerinin farklı bölgelerde yoğunlaşması oldu.

Hareketle ilişkili bağlantıların beynin taban bölümünde, görsel bilgiyi işleyen bağlantıların ise daha çok yan bölümlerde yoğunlaştığı belirlendi.

Araştırmacılar daha önce görme ve hareketin farklı devrelerde işlendiğini biliyordu. Ancak bu devrelerin birbirleriyle nasıl bağlantı kurduğu konusunda bu kadar ayrıntılı bir harita bulunmuyordu.

Sinekler gazeteden neden kaçabiliyor?

Araştırmanın günlük hayattan ilginç bir karşılığı da bulunuyor.

Bir sineği gazete veya dergiyle yakalamaya çalıştığınızda hayvanın son anda kaçması çoğu zaman şaşırtıcı görünüyor. Yeni harita, bu hızlı tepkinin arkasındaki sinir devrelerine ilişkin önemli ipuçları sunuyor.

Sineğin görme sistemi, yaklaşan nesnenin yönünü çok hızlı biçimde belirleyebiliyor. Ardından bacaklara kaçış hareketini başlatacak sinyaller gönderiliyor.

Bazı durumlarda bu tepkinin, bilinçli bir değerlendirme sürecinden çok daha hızlı gerçekleştiği belirtiliyor. Böylece sinek, tehdidi fark ettiği anda kaçış hareketini başlatabiliyor.

Beyin 7 bin parçaya ayrılarak incelendi

Bu devasa haritanın oluşturulabilmesi için sineğin beyni yaklaşık 7 bin son derece ince parçaya ayrıldı.

Her parça ayrı ayrı görüntülendi ve daha sonra dijital yöntemlerle yeniden bir araya getirildi. Araştırmacılar, nöronların şekillerini ve birbirleriyle kurduğu bağlantıları belirlemek için yapay zekâdan da yararlandı.

Ancak yapay zekâ tarafından oluşturulan sonuçlar tamamen hatasız değildi.

Uzmanlar, haritadaki 3 milyondan fazla hatayı elle düzeltmek zorunda kaldı. Bu durum, yapay zekânın büyük ölçekli nörobilim çalışmalarında araştırmacılara ciddi ölçüde yardımcı olabildiğini ancak insan kontrolünün hâlâ kritik olduğunu gösteriyor.

50 milyon bağlantı gelecekte ne sağlayacak?

Araştırmacılar için asıl değer yalnızca nöronların nerede bulunduğunu bilmek değil, bu nöronların birbirleriyle nasıl iletişim kurduğunu anlayabilmek.

Bilim insanları elde edilen bağlantı haritasını bir şehir haritasına benzetiyor. Bir şehirde yolların ve binaların nerede olduğunu bilmek önemli olsa da bu yolların nereye çıktığını ve binaların ne işe yaradığını bilmek haritayı çok daha kullanışlı hale getiriyor.

Benzer şekilde sinek beynindeki bağlantıların işlevlerinin tek tek belirlenmesi, gelecekte beynin nasıl hesaplama yaptığına ilişkin daha ayrıntılı sonuçlar sağlayabilir.

Veriler araştırmacıların kullanımına açıldı

Çalışma kapsamında oluşturulan sinek konnektomu, dünya genelindeki araştırmacıların kullanabilmesi için erişime açıldı.

Bu sayede farklı bilim insanları aynı veri üzerinde çalışarak görme, hareket, öğrenme ve davranış gibi süreçlerin altında yatan sinirsel mekanizmaları inceleyebilecek.

Araştırmacılar, elde edilen haritanın daha büyük hayvanların beyinlerini incelemek için de önemli bir teknik adım olduğunu düşünüyor.

İnsan beyninin tüm bağlantılarını aynı ayrıntı düzeyinde haritalamak bugün için mümkün değil. Ancak meyve sineği üzerinde gerçekleştirilen bu çalışma, çok daha karmaşık beyinlerin bağlantı haritalarını çıkarma hedefi açısından önemli bir basamak olarak değerlendiriliyor.

Araştırma, çok sayıda bilim insanının yer aldığı uluslararası FlyWire Konsorsiyumu tarafından gerçekleştirildi.