Meyve Sineğinin Beyni ve Sinir Sistemi İlk Kez Haritalandı
Araştırmacılar, nörobilim alanında önemli bir aşama kaydederek, yetişkin erkek meyve sineğinin beynindeki ve merkezi sinir sistemindeki tüm nöral bağlantıları haritaladı. Yaklaşık on yıl süren çabalar sonucunda elde edilen konektom, 166 binden fazla nöron ve 125 milyon sinaptik bağlantıyı bir araya getiriyor.
Meyve sineği, kısa yaşam döngüsü ve tahmin edilebilir davranışları nedeniyle bir asırdan daha uzun bir süredir bilimsel araştırmalar için kullanılmakta. Özellikle genetik çalışmalarda önemli bir model organizma olarak değerlendirilen bu sinekler, beynin işleyişini anlamaya yönelik nörobilim araştırmalarında da önemli bir rol oynamaktadır.
Nöronların üç boyutlu haritası çıkarıldı
Google Research, HHMI Janelia Research Campus ve diğer bilim insanları ile iş birliğiyle geliştirilen bu harita, yetişkin erkek meyve sineğinin beynini ve merkezi sinir sistemini kapsamaktadır. Milyonlarca iki boyutlu görüntü bir araya getirilerek üç boyutlu nöral yapılar oluşturulmasında yapay zeka kullanıldı.
Bu ölçekteki çalışma, nöron sayısı bakımından bugüne kadar oluşturulan en büyük beyin haritası olma özelliğine sahiptir.
Beynin işleyişinin yanı sıra karın sinir kordonu da konektom içerisinde yer aldı. Bu durum, araştırmacılara beynin içindeki bağlantıların yanı sıra vücudun kontrolüyle ilgili sinir bağlantılarını da inceleme fırsatı sundu.
Harita, mevcut insan uzmanları tarafından doğrulanmış ve açık kaynaklı Neuroglancer aracı aracılığıyla görüntülenebilir ve indirilebilir.
Milyonlarca görüntüyü AI birleştiriyor
Konnektomik beyin haritalama süreci, yoğun görüntüleme ve hesaplama gerektirmektedir. Beyin milyonlarca ince kesite ayrılır, her kesitin görüntüsü alınır ve araçlar ile yapay zeka bu görüntüleri bir araya getirerek nöronların üç boyutlu yapısını yeniden oluşturmaktadır.
Google’ın kullandığı yenilikçi yöntemler arasında, bir pikselden başlayarak nesneye ait diğer pikselleri belirleyen evrişimsel sinir ağlarıyla çalışan flood-filling network sistemleri de bulunmaktadır.
Ekip, 2019 yılında dişi meyve sineğinin beyninin tamamen otomatik olarak oluşturulmuş ilk rekonstrüksiyonlarından birini yayımlamıştı. 2020’de ise insan uzmanları tarafından doğrulanan, 25 bin nöron ve 21 milyon bağlantı içeren yarım dişi sinek beyni haritası elde edilmiştir.
Erkek ve dişi sinek beyinleri karşılaştırılabilecek
Erkek meyve sineğinin konektomu, daha önceden elde edilen dişi sinek beyni haritasını tamamlayacaktır. Her iki cinsin beyin ve merkezi sinir sistemi haritalarının varlığı, nöronların cinsiyete göre farklılaşan bölgelerini doğrudan karşılaştırmaya olanak tanır.
Bu, özellikle sosyal davranışların altında yatan biyolojik mekanizmaların araştırılması açısından büyük önem taşımaktadır. Her iki cinsiyette benzer olan beyin bölgeleri arasındaki farklılıklar, farklı bireylerin sinirsel bağlantılardaki değişkenlikleri incelemeye yardımcı olacaktır.
Haritalanan beyin kısa sürede Doom’a girdi
Bilimsel araştırmanın yayımlanmasının ardından, konektomun ilk uygulama alanı hem şaşırtıcı hem de mantıklıdır. Yazılım mühendisleri, oluşturulan MaleCNS v1.0 meyve sineği konektomunu klasik video oyunları oynamayı öğrenmesi için eğitmeye başladılar.
Bu sistemde Doom oyunundaki her görüntü, meyve sineğinin görme ve diğer duyusal nöronlarını harekete geçiren bir uyarı olarak kullanılıyor. Oluşan nöral aktivite, oyundaki hareket ve kontrol komutlarına dönüştürülüyor. Sinek, oyun sırasında hasar aldığında, bu durum iki dopamin hücresine gönderilen sinyalle bir ödül/pekiştirme mekanizması olarak sisteme entegre edilmektedir. Böylece deney, sineğin beyin bağlantılarından oluşan modelin oyunda hayatta kalmayı öğrenip öğrenemeyeceğini test eder.
İnsan beyni için yol halen uzun
Bu alandaki araştırmalar, artık yavaş yavaş omurgalı canlılara yönelmekte. Fil balığı ve zebra balığı bu hedefler arasında yer alıyor. Ancak bu canlıların beyinlerinin tam haritası henüz çıkartılmamış durumda, bir kısmı ise haritalanmıştır. Mevcut haritalar, görsel sistemler, tat alma ve sosyal davranışların nörobilimi araştırmalarında kullanılmaya başlanmıştır.
Ne var ki, yaklaşık 86 milyar nörona sahip insan beyninin tamamını aynı yöntemlerle haritalamak bugün mümkün değildir. Meyve sineği gibi daha küçük organizmalardan elde edilen bulgular, araştırmacıların sinir sistemlerinin çevreyi nasıl algıladığını, uyarılara nasıl tepki verdiğini ve hasar gören sinir yollarının nasıl onarılabileceğini anlamalarına yardımcı olmaktadır. Kim bilir, belki bu küçük canlılardan elde edilen bilgiler yapay zeka sistemlerinin geliştirilmesine de pozitif katkı sağlayabilir.
Kaynakça
https://www.tomshardware.com/software/programming/google-maps-entire-brain-and-central-nervous-system-of-adult-male-fruit-fly-software-engineers-immediately-make-it-run-doom-ai-powered-3d-model-of-over-166-000-neurons-can-also-play-super-mario-64
https://research.google/blog/a-connectomics-milestone-mapping-the-complete-male-fruit-fly-brain/
