Beynin Kodunu "Kırmak": Beynimiz, Çevremizde Olan Bitene Nasıl Anlam Veriyor?

Beyin, vücudumuzdaki en karmaşık organdır - sürekli olarak çevreden gelen veriyi emer, yorumlar ve hareketimize, düşüncelerimize, davranışlarımıza ve duygularımıza rehberlik eder. İnsanlar etrafımızı saran çevre hakkında temel bir ortak algıya sahip olsalar da (yani mesela "buz soğuktur", "ateş sıcaktır", "bıçaklar keskindir" gibi) - her birimiz, çevreden bize gelen ve işlediğimiz bilgilerin benzersiz bir yorumunu geliştiririz. Örneğin, iki kişi aynı yemeği tattıktan, aynı sesi duyduktan veya ortak bir sosyal etkileşimden ayrıldıktan sonra çok farklı tepkiler verebilir, çok farklı şeyler hissedebilir.

Boston Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Biyoloji Bölümü'nde yardımcı doçent olan Jerry Chen, beynin sinirsel kodunu araştırıyor. Duyusal işleme, karar verme, öğrenme ve hafıza gibi bilişsel işlevleri kontrol eden genetik ve elektriksel etkiler arasındaki ilişkiyi daha iyi anlamayı hedefliyor. Şöyle diyor:^[1]

Sinir kodunu kırmak için en azından iki şeyi bilmeniz gerekiyor. İlk olarak, denek farklı bilişsel görevleri yerine getirirken beyindeki nöronların aktivitesini ölçebilmeniz gerekir. İkincisi, ifade ettikleri genler aracılığıyla öğrenebileceğimiz nöronların kimliğini bilmek zorundasınız.

Science'da yayınlanan en son araştırmasında Chen ve ekibi, özellikle de dokunma algısına odaklanarak, bir fare beyninin duyusal bilgileri nasıl anladığını ortaya çıkardı.^[2] Ekibinin yeni keşfi, inme gibi bir dizi nörolojik bozuklukla, bireyin algı duygusunun değiştirilebildiği Otizm Spektrum Bozukluğu gibi nöropsikiyatrik hastalıklarla alakalı. Ek olarak, yeni bulguların psikolojik ve nörolojik bozukluklara yönelik hedefe yönelik tedaviler ve müdahaleler için heyecan verici etkileri var.

Röportaj

Jerry Chen ile yapılan bir röportajı aşağıdan okuyabilirsiniz.

1) Araştırmanızla neyi incelemeyi amaçladınız? Bu konuyu incelemek istemenize ne sebep oldu?

Laboratuvarımız, algı ve bilişin sinirsel temelini incelemekle ilgilenmektedir. Beyin vücuttaki en karmaşık organdır. Bu karmaşıklık kısmen, beyindeki milyarlarca nöronun hepsinin aynı olmadığı gerçeğiyle tanımlanmaktadır. Farklı işlevlere hizmet eden ve farklı hesaplamalar yapan yüz binlerce farklı nöron türü vardır. Beynin nasıl çalıştığını gerçekten anlamak için, beyni tek tek bileşenlerine ayırmamız ve ardından bu bileşenlerin davranış sırasında nasıl etkileşime girdiğini sormaya başlamamız gerekir.

2) Bu çalışmaya katkıda bulunan türünün ilk örneği "nöron kataloğu" teknolojisini ve etkisini açıklar mısınız?

Allen Beyin Bilimi Enstitüsü'nden meslektaşlarımız, beyindeki tüm hücre türleri sayarak bir "nöron kataloğu" oluşturmayı hedefliyordu. Bu, birden fazla kurumdaki çeşitli ekiplerin ortak çabasının bir parçasıdır.

Katalog, yalnızca nöronların moleküler bileşimini açıklar, ancak nöronların işlevi veya gerçekleştirdikleri hesaplamalar hakkında illâ bir şey söylemez. Araştırma ekibimin geliştirdiği teknoloji, katalogdaki bu yeni bilgiyi kullanıyor ve hücrelerin aktivite kalıplarını içeren bir sonraki bilgi katmanını bu kataloğa ekliyor. Katalogdaki hücrelerin işlevini kapsamlı bir şekilde anlamamızı ve incelememizi sağlıyor. Bu nedenle buna Aktivite ve Hücre tipi İşaretçilerin Kapsamlı Okuması veya kısaca "CRACK" (yani, "sinir devrelerini kırma" ile ilgili bir kelime oyunu) diyoruz. CRACK teknolojimiz, araştırmacıların beyindeki tüm hücreler hakkında hem moleküler hem de işlevsel bilgiler toplamasına olanak tanıyan bir "katalog 2.0"ın yolunu açacak.

3) Bu teknolojiyi çalışmanızda nasıl uyguladınız?

Dokunma algımızla ilgili korteksin belirli bir bölümünü incelemek için CRACK platformunu kullandık. Katalogdaki farklı nöronların bilgiyi nasıl işlediğine ve bir hayvan çevrelerindeki nesnelere dokunduğunda diğer nöronlarla nasıl konuştuğuna baktık. Ayrıca çevre değiştiğinde nöronların nasıl uyum sağladığına da baktık.

4) Bulgular neyi ortaya çıkardı?

Çevrenizdeki dünyayı algılarken, beyniniz, sahneyi oluşturan uyaranların bir kombinasyonunu işler - ama aynı zamanda geçmişte öğrendiklerinize dayalı bilgileri doldurmaya ve bunların ne olduğunuzu yorumlamanıza yardımcı olmaya çalışır. algılama Örneğin, arabanızın anahtarlarını bulmak için bir çantayı karıştırdığınızı varsayalım. Beyniniz, anahtarların nasıl bir his yarattığını öğrenmiştir ve bu nedenle, aramanıza rehberlik etmesi için farklı doku veya şekillerdeki nesneleri hissederken bilgileri doldurmaktadır. Bununla birlikte, çantanızı karıştırmanız sırasında sivri bir şeye dokunmak gibi, gerçekten bariz olan ve size arayışınızda doğru yolda olduğunuzu ve belki de anahtarlarınızı bulduğunuzu söyleyen bir şey hissettiğiniz zamanlar vardır. Bulgularımız, katalogda "hub hücreleri" dediğimiz belirli hücrelerden oluşan özel bir devre olduğunu ortaya çıkardı. Bu hücreler, daha fazla araştırılması gereken, göze çarpan bir özellikle karşılaştığınız konusunda beyni uyarmaya yardımcı olur.

5) En şaşırtıcı bulgu neydi?

Şaşırtıcı bir bulgu, "özellik tespiti" için önemli olduğunu belirlediğimiz "hub hücrelerinin", ortamınız değiştiğinde ilginç şekillerde yanıt vermesidir. Öğrenme ve uyum sağlama için önemli olduğu bilinen, değişen ortamlara bağlı olarak yukarı veya aşağı gidebilen belirli bir dizi gen vardır. Bu genlerin merkez hücrelerde her zaman "açık" olduğunu bulduk, bu da günümüzde kabul gören bazı güncel prensiplere aykırı. Ortam değiştiğinde, bu hücreler bu değişiklikleri telafi etmeye çalışarak yanıt verir. Bunun, devrenin eski ortamda bilgiyi nasıl işleyeceğini "hatırlaması" veya "unutmaması" için bir yol olabileceğini düşünüyoruz.

6) Bu bulguların önemi nedir?

Bulgularımız, inme gibi bir dizi nörolojik bozuklukla, bir bireyin algı duygusunun değiştirilebildiği Otizm Spektrum Bozukluğu gibi nöropsikiyatrik hastalıklarla ilgili. Beyni homojen bir doku parçası olarak görmek yerine, hangi spesifik hücre tiplerinin en alakalı olduğunu anlamak, yüksek oranda hedefli tedaviler geliştirmemize izin verecektir. Bu, belirli semptomların altında yatan nedeni doğrudan tedavi etmeye yönelik heyecan verici bir ilerlemeye işaret ederken, diğer terapötikler ve müdahalelerden kaynaklanan istenmeyen yan etkilerden potansiyel olarak kaçınıyor.

7) Bundan sonra neyi araştıracaksınız?

Yeni teknolojimize ve bulgularımıza dayanarak gidebileceğimiz birçok yön var. Katalogdaki belirli hücre tiplerinden oluşan nöral plastisite için özel devreler fikri -veya çalışmamızdaki sürpriz bulgu- özellikle ilgi çekici. Bu, takipte olduğumuz bir alan; özellikle beynin diğer bölümlerindeki potansiyel olarak benzer devre türlerine ve bunların hem öğrenme hem de hafıza sırasında ve zaman içinde nasıl çalıştıklarına bakıyoruz.