MEYVE SİNEĞİNİN BEYNİ HARİTALANDI: İLK DENEY DOOM OLDU

Yaklaşık 10 yıl süren çalışma sonucunda 166 binden fazla nöron ve 125 milyon sinaptik bağlantı ortaya çıkarıldı. Haritanın tamamlanmasının ardından araştırmacıların ilk deneylerinden biri ise bu sinir ağını klasik oyun Doom’da kullanmak oldu.

166 BİNDEN FAZLA NÖRON HARİTALANDI

Google Research, HHMI Janelia Research Campus ve farklı araştırma ekiplerinin ortak çalışmasıyla yetişkin erkek meyve sineğinin ayrıntılı beyin ve merkezi sinir sistemi haritası oluşturuldu. Çalışma yalnızca beyindeki bağlantıları değil, omuriliğe benzer görev yapan karın sinir kordonunu da kapsıyor.

Ortaya çıkarılan konektomda 166 binden fazla nöron ve yaklaşık 125 milyon sinaptik bağlantı bulunuyor. Nöron sayısı bakımından çalışma, bugüne kadar oluşturulan en büyük eksiksiz beyin haritalarından biri oldu.

Meyve sinekleri kısa yaşam döngüleri, iyi bilinen genetik yapıları ve öngörülebilir davranışları nedeniyle uzun yıllardır bilimsel araştırmalarda kullanılıyor. Yeni harita sayesinde bilim insanları artık bu canlıların davranışlarının arkasındaki sinirsel mekanizmaları çok daha ayrıntılı biçimde inceleyebilecek.

YAPAY ZEKA MİLYONLARCA GÖRÜNTÜYÜ BİRLEŞTİRDİ

Beyin haritasının oluşturulması için sinir sistemi çok ince kesitler halinde görüntülendi. Ortaya çıkan milyonlarca iki boyutlu görüntü, bilgisayar sistemleri ve yapay zeka yardımıyla bir araya getirilerek nöronların üç boyutlu yapıları yeniden oluşturuldu.

Google’ın kullandığı tekniklerden biri de flood-filling network adı verilen sistem oldu. Bu yöntemde evrişimsel sinir ağları kullanılarak tek bir pikselden başlanıyor ve aynı nörona ait diğer pikseller belirlenerek sinir hücresinin bütün yapısı oluşturuluyor.

Hazırlanan harita daha sonra uzmanlar tarafından kontrol edildi ve doğrulandı. Veriler açık kaynaklı Neuroglancer sistemi üzerinden incelenebilir hale getirildi.

DAHA ÖNCE DİŞİ SİNEK BEYNİ HARİTALANMIŞTI

Araştırma ekibi 2019 yılında dişi meyve sineğinin beyninin otomatik yöntemlerle oluşturulan ilk kapsamlı rekonstrüksiyonlarından birini yayımlamıştı. 2020 yılında ise yaklaşık 25 bin nöron ve 21 milyon bağlantı içeren yarım dişi sinek beyni haritası uzmanların doğrulamasından geçirilmişti.

Erkek meyve sineğinin yeni konektomunun tamamlanmasıyla birlikte araştırmacılar artık erkek ve dişi sineklerin beyin yapılarını doğrudan karşılaştırabilecek.

Bu karşılaştırmalar özellikle çiftleşme davranışları, saldırganlık ve diğer sosyal davranışların sinir sisteminde nasıl ortaya çıktığının anlaşılmasına yardımcı olacak. İki cinsiyette benzer yapıya sahip bölgeler ise farklı bireyler arasındaki sinirsel bağlantı değişikliklerinin incelenmesini sağlayacak.

HARİTALANAN BEYİN DOOM OYNAMAYA BAŞLADI

Çalışmanın tamamlanmasının ardından yazılım mühendisleri MaleCNS v1.0 adı verilen erkek meyve sineği konektomunu klasik video oyunu Doom üzerinde kullanmaya başladı.

Deneyde Doom ekranındaki görüntüler sineğin görme ve diğer duyusal nöronlarına verilen uyaranlara dönüştürülüyor. Modelde oluşan nöral aktivite daha sonra oyundaki hareket ve kontrol komutlarına aktarılıyor.

Sistem oyun içerisinde hasar aldığında bu bilgi PPL101 adı verilen iki dopamin hücresine sinyal olarak gönderiliyor. Böylece ödül ve pekiştirme mekanizmasına benzer bir yapı oluşturuluyor.

Araştırmacılar bu yöntemle gerçek bir sineğin beyninden çıkarılan bağlantı modelinin Doom içerisinde hareket etmeyi ve hayatta kalmayı öğrenip öğrenemeyeceğini test ediyor.

OMURGALILARA YÖNELİK ÇALIŞMALAR BAŞLADI

Konnektom araştırmaları yalnızca böceklerle sınırlı kalmayacak. Bilim insanları çalışmaları omuriliğe sahip daha karmaşık canlılara taşımaya başladı.

Fil balığı ve zebra balığı bu alandaki önemli araştırma hedefleri arasında bulunuyor. Bu canlıların beyinlerinin tamamı henüz haritalanmış değil ancak belirli bölgelerine ilişkin ayrıntılı sinir haritaları oluşturulmuş durumda.

Mevcut çalışmalar görme sistemi, tat alma mekanizmaları ve sosyal davranışların sinirsel yapısının araştırılmasında kullanılıyor.

İNSAN BEYNİ İÇİN HENÜZ ÇOK ERKEN

Yaklaşık 86 milyar nörona sahip insan beyninin tamamını aynı yöntemlerle haritalamak mevcut teknolojiyle mümkün değil. Meyve sineği gibi daha küçük canlılarda gerçekleştirilen çalışmalar ise insan sinir sistemini anlamak için önemli veriler sağlıyor.

Bu araştırmalar sayesinde sinir sistemlerinin çevreden gelen bilgileri nasıl işlediği, davranışların nasıl oluştuğu ve hasar gören sinir yollarının nasıl yeniden yapılandırılabileceği konusunda daha ayrıntılı modeller geliştirilebiliyor.

Meyve sineği beyninden elde edilen bağlantı haritaları, ilerleyen dönemde nörobilim araştırmalarının yanı sıra yapay zeka sistemlerinin geliştirilmesinde de kullanılabilecek yeni yöntemlere temel oluşturabilir.