İnsan zihninin derinliklerindeki gizemleri çözmeye hazır mısınız?
Bilim dünyasında çığır açan bir çalışma, insan beyninin karmaşıklığını daha önce hiç görülmemiş ayrıntılar ile aydınlatarak beyin bilimine yeni bir perspektif sunuyor. Harvard Üniversitesi'nden araştırmacılar ve Google'ın makine derlemesi birlikteliğiyle hazırlanan bu kapsamlı çalışma, sadece pirinç tanesinin yaklaşık yarısı büyüklüğündeki insan temporal korteksindeki her bir hücreyi ve onun sinirsel bağlantı ağını canlı detaylarıyla gösteriyor.
Bilim insanları çoğu henüz anlaşılamayan beynin yapısını analiz etmek için Google ile birlikte çalıştı. Bu çalışmada insan beyninin bir parçası için daha önce benzeri görülmemiş ayrıntılarla bir bağlantı şeması oluşturuldu. Science dergisinde yayımlanan bu başarı, birçok kişinin bilinen evrendeki en karmaşık yapı olarak gördüğü beyindeki yeni karmaşıklıkları ortaya çıkarıyor.
BEYİN DOKULARININ YENİ YÜZÜ
Harvard araştırmacıları, epilepsi ameliyatı geçiren 45 yaşındaki bir kadının korteksinden alınan bir parça sağlıklı dokudaki sinir devrelerini, bağlantıları, destek hücrelerini ve kan akışını haritalandırmak için Google'daki makine öğrenimi uzmanlarıyla birlikte çalıştı.
Beyin yığını yalnızca milimetreküplük bir dokuya tekabül ediyordu, ancak kabloları çözmek ekip için yine de büyük bir görev teşkil ediyordu. Numunenin 5.000'den fazla diliminin elektron mikroskobu görüntülerinde 57.000 ayrı hücre, 150 m sinir bağlantısı ve 23 cm kan damarı ortaya çıktı.
Boyutu 1 milimetreküp olan örnek, ameliyat olan 45 yaşındaki bir kadının beyninden alındı. Görsel: Google
"BUNU YAPMAK GERÇEKTEN ÇOK ZORDU"
Harvard'da moleküler ve hücresel biyoloji profesörü Jeff Lichtman, "Amaç, her birimizin omuzlarımızda taşıdığı bu en gizemli biyoloji parçasının yüksek çözünürlüklü bir görüntüsünü elde etmekti. Bunu daha önce yapmamış olmamızın nedeni, son derece zorlu olmasıdır. Bunu yapmak gerçekten çok zordu." dedi.
DOKU ÖRNEĞİ SAÇ TELİNDEN 1000 KAT DAHA İNCE
Dokuyu insan saçının genişliğinden 1000 kat daha ince dilimler halinde dilimleyen araştırmacılar, beyin yapısının nano ölçeğe veya milimetrenin binde birine kadar olan ayrıntılarını yakalamak için her birinin elektron mikroskobu görüntülerini aldı. Daha sonra bir makine öğrenimi algoritması, nöronların ve diğer hücrelerin yollarını bireysel bölümler boyunca izledi; bu, insanların yıllarını alacak özenli bir süreçti. Görüntüler, 14.000 tam uzunlukta, 4K çözünürlüklü filme eşdeğer 1,4 petabayt veriden oluşuyordu.
Lichtman, "Bu veri setinde ders kitaplarında olmayan birçok şey bulduk. Bunları anlamıyoruz ama size zaten bildiklerimizle bilmemiz gerekenler arasında bir uçurum olduğunu öne sürdüğünü söyleyebilirim." dedi.
Şaşırtıcı bir gözlemde, tabanlarından çıkıntı yapan dendrit adı verilen büyük dallara sahip olan ve piramidal nöronlar olarak adlandırılan nöronların, bazıları öne, bazıları arkaya bakacak şekilde ilginç bir simetri sergilediği görüldü. Diğer görüntülerde, sanki doğru çıkışı belirleyip yollarına devam etmeden önce bir kavşakta sıkışıp kalmışlar gibi, bir beyin hücresinden diğerine sinyal taşıyan ince lifler olan aksonların sıkı sarmalları ortaya çıktı.
NADİR ÖRNEKLER ORTAYA ÇIKTI
Harita ayrıca nöronların diğer hücrelerle son derece güçlü bağlantılar kurduğu nadir örnekleri de ortaya çıkardı. Beyin dokusunun tamamında aksonların %96'sından fazlası hedef hücreyle yalnızca bir bağlantı kurarken, %3'ü iki bağlantı kurdu. Ancak çok azı yakındaki bir hücreyle onlarca, hatta bir vakada 50'den fazla bağlantı kurdu.
İŞTE İNSAN BEYNİNDEN YENİ HARİTA
Lichtman, bu tür güçlü bağlantıların, ayağınızı gaz pedalından çekmek ve kırmızı ışıkta frene basmak gibi iyi öğrenilmiş davranışların, yeterince pratik yaptıktan sonra neredeyse hiç düşünme gerektirmediğini açıklamaya yardımcı olabileceğini öne sürdü. "Bu güçlü bağlantıların öğrenilen bilgi sisteminin bir parçası olabileceğini ve öğrenmenin beyinde nasıl göründüğünü düşünüyorum" dedi.
Bir makine öğrenimi algoritması nöronların ve diğer hücrelerin yollarını izledi. İllüstrasyon: D. Berger/Google Araştırma ve Lichtman Laboratuvarı (Harvard Üniversitesi)
Şimdilik araştırmacılar bir insan beyninin tamamının haritasını çıkarmayı düşünmüyorlar bile. Bunun yerine, bir sonraki proje, bir fare beyninin tamamının kablolamasını yeniden yapılandırmak için Google ile çok üniversiteli bir işbirliği olacak. Bu, bir farenin İsviçre peynirine doğru hareket etmesini sağlayan beyin devrelerine ve dolayısıyla bir fırının önünde insanın duraklamasına neden olan şeye ışık tutabilir. Lichtman, "İnsan iradesinin duyusal deneyim tarafından nasıl yönlendirildiğine dair bir fikir edineceksiniz" dedi. Lichtman, "Eğer tam bir fare beyniniz varsa, özgür iradeyi kavramak için bile gerçekten harika fırsatlar var: Biliyorsun, fare robot değildir." dedi.
Araştırmacılar, nöronlar arasındaki güçlü bağlantıların iyi öğrenilmiş davranışları açıklayabileceğini öne sürdü. Görsel: D. Berger/Google Araştırma ve Lichtman Laboratuvarı (Harvard Üniversitesi)
Kaynak: Guardian, Science Daily, Science