Dünyanın En Küçük Primatlarından Olan Gri Fare Lemuru, Görsel Sistemlerimizin Milyonlarca Yıllık Evrimine Işık Tutuyor!

Primatlar önlerindeki görsel bilgiyi, tıpkı dijital kameraların pikselleri gibi, beyinlerinin görsel korteksinde bulunan küçük işlem birimlerini kullanarak işlerler. Cenevre Üniversitesinden bilim insanları, Current Biology dergisinde yayımlanan çalışmalarında Max Planck Enstitüsü ve Paris Milli Doğa Tarihi Müzesinin de işbirliği ile görsel becerilerimizin kaynağını anlamak için bu işlem birimlerinin primatlar arasında oldukça farklılık gösteren boyutlara göre ölçeklenmiş olup olmadığını araştırdılar.^[1]

Madagaskar’da yaşayan gri fare lemuru (Microcebus murinus), yalnızca 60 gramlık kütlesiyle yeryüzündeki en küçük primatlardandır. 55 milyon yıl önce evrimleşmiş ilk primatların pek çok özelliğini taşıması bakımından çok özel bir tür olan fare lemurlarını inceleyen bu çalışma, görsel sistemimizin bugüne dek olağanüstü bir şekilde korunagelmiş olduğunu ve hem uzak geçmişteki atalarımızın hayatında hem de şimdiki günlük yaşamımızda görsel sistemin önemini vurguluyor.

Primatlar ve çoğu etçilde görsel korteksin bir alt parçası olan birincil görsel korteksteki (V1) nöronlar "yönlendirme sütunları" (İng: "orientation columns") şeklinde gruplaşmıştır. Her bir yönlendirme sütununa dahil olan nöronlar, spesifik bir yönelim gösteren (dikey, yatay, yatayla 25 derecelik açıda gibi) şekillerin algılanmasında görevlidir. Fırıldak modeli (İng: "pinwheel model") denen böyle bir gruplaşma; beyinde ağ uzunluğunu kısaltarak alanın daha verimli kullanılmasını ve bu bölgelerin oluşumu, bakımı ve onarımı için gerekecek enerji maliyetini düşürmüştür. Primatlar ile akrabalığı bulunan kemirgenlerin çoğunda ise bu nöronlar "tuz-biber" denen, görsel korteks içine serpiştirilmişçesine konumlanmıştır.

Bu bilgiler göz önüne alındığında, ortak atası bulunan bu iki hayvan grubu arasında, primatların beyin evrimi sırasında yönlendirme sütunlarının görülmesinin çok önemli bir basamak olduğu anlaşılır. Gerçekten de, bazı kemirgenlerin birincil görsel kortekslerinde bu yönlendirme sütunlarının basit taslakları olabilecek gruplaşmalar saptanmıştır. Bu geçiş sürecinde korteksin tamamı ve V1 boyutlarının oranı kritik değişkenlerdir.

Şöyle ki, sütun oluşumlarının da fonksiyonel olabileceği bir en küçük boyut olduğu düşünülürse, görsel korteks belli bir boyuttan küçük olduğunda sütunların sağlayacağı verimlilik o kadar fazla olmayacak ve "tuz-biber modeli" daha cazip olacaktır. Buradan hareketle ekip, oryantasyon sütunlarının en küçük ne boyutta var olabileceğini veya daha küçük canlılarda minyatürize versiyonlarının bulunup bulunmadığını araştırdı.

Queensland Brain Institute

Cenevre Üniversitesi Tıp Fakültesi Temel Nörobilimler Departmanından Profesör Daniel Huber şöyle diyor:

Farklı primat türleri çok çeşitli büyüklüklerde olabileceğinden, doğal olarak bu yönlendirme sütunlarının vücut ya da beyin boyutuna göre ölçekli olup olmadığını merak ettik. Örneğin bu yapılar, dünyanın en küçük primatı olan gri fare lemurunda daha basit halde mi bulunuyordu yoksa sadece daha küçük bir ölçekte mi?

Bu soruyu yanıtlamak üzere, gri fare lemurunun görsel sistemi optik beyin görüntüleme tekniği ile incelendi. Lemurlara çeşitli yönelimlerde çizgileri temsil eden geometrik şekiller gösterildi ve bu görsel uyarıya cevap veren nöronların aktivitesi ölçüldü. Ekip, buna benzer ölçümleri tekrarlayarak en küçük işleme birimininin (yönlendirme sütunları) boyutunu belirlemeyi başardı. Daniel Huber şöyle anlatıyor:

Küçük bir fare lemurunun boyutlarıyla orantılı olacak şekilde ufak boyutlu bir birim bulmayı bekliyorduk, ancak verilerimiz bize bunların yarıçapının yarım milimetreden fazla olduğunu gösterdi, ki bu diğer primatlarınkine benzer bir sonuçtu.

Max Planck Enstitüsündeki araştırmacıların yardımı ile Huber, fare lemurlarının beyninde görüntülenen bu birimlerin yüzlercesini, çok daha iri olan başka primatların görsel devreleriyle ilgili verilerle karşılaştırdı. Ekibin yaptığı keşif şaşırtıcıydı: 60 gramlık bu lemurun temel işlem birimi yalnız makaklar gibi yaklaşık 7 kilogramlık primatlarınki ile değil, insanlar gibi çok daha büyük primatlarınkiyle de neredeyse tamamen aynıydı.

Ulaşılan bir başka bulgu ise, bu birimlerin beyindeki dağılımının da neredeyse ayırt edilemez olduğuydu, yani matematiksel olarak tanımlanmış aynı kurala göre dizilmişlerdi. Araştırmacılar ayrıca görsel işlem birimi başına düşen sinir hücresi sayısının da o zamana değin çalışılmış tüm primatlarda hemen hemen aynı -yani fırıldak modelinde- olduğunu keşfetti.

Current Biology

Bundan 10 yıl önce evrensel matematik kuralların görsel sistemlerin evrimini yönetmiş olabileceğini belirtmiş olan, Max Planck Enstitüsünde çalışan bir fizikçi Fred Wolf, aradaki benzerliğin derecesine dair hayranlığını şöyle ifade ediyor:

Farklı kıtalarda 55 milyon yıllık bir ayrılık oldukça uzun bir evrimsel yol. Bu farklı türlerin nöral modüllerinde genel benzerlik ile karakteristik farklılığın bir karışımını görmeyi bekliyordum. Ancak işin aslı basitçe gösteriyor ki, pratikte bunları birbirinden ayırt etmek imkansız.

Araştırmanın sonuçları, bize primat görüşünün kaynağına dair önemli bilgiler sağlıyor. İlk olarak, bu birimlerin günümüze dek çok iyi korunmuş olması, onların primat tarihinin çok başlarında evrimleşmiş olabileceğini ve görme konusunda primat atalarımızın baştan beri bizimkine benzer yeteneğe sahip olduğunu gösteriyor.

İkincisi, Cenevre Üniversitesindeki araştırmacıların bulguları bize görsel birimlerin sıkıştırılamayacağı ya da ufaltılamayacağını gösteriyor. Dolayısıyla buradan optimal fonsiyonelliğin, sabit sayıda nöronlardan oluşan bir grup ile sağlanabileceği sonucu çıkıyor. Cenevre Üniversitesinden bir bilim insanı bunu şöyle açıklıyor:

Fare lemuru gibi olağanüstü bir görüşe sahip ama aynı zamanda küçük boyutlu olan primatların, bu sebepten dolayı beyinlerinin daha büyük bir oranının görsel sisteme ayrılmış olması gerekiyor ki yeterli sayıda görsel işlem birimi barındırabilsinler.

Gerçekten de, bu lemurun serebral korteksinin beşte birinden fazlası görsel işlemeye ayrılmış. Karşılaştırmak gerekirse, insan beyninde görmeye ayrılmış nöral devreler ancak yüzde üçlük bir alan kaplıyor. Daniel Huber sözlerini şöyle sonlandırıyor:

Bu çalışma, fare lemuru gibi türlerin habitatlarını korumanın kritik önem taşıdığının da önemini ortaya koyuyor. Özellikle Madagaskar’daki ormanlardan söz ediyorum. Bu ormanlar endişe verici bir hızda yok oluyor ve kökenimizi anlamamızda anahtar rol oynayabilecek türler de beraberinde kayboluyor.