Konnektom: Solucanların Bağlantı Şemaları, Kendi Sinir Sistemimizi Anlamamıza Yardımcı Olabilir!

30 yıldan daha uzun bir zaman önce, bir grup bilim insanı hermafrodit Caenorhabditis elegans solucanındaki 302 sinir hücresinin her bir bağlantısını titizlikle takip etti. Ama aynısının erkek solucan için yapılması ancak günümüzde mümkün oldu. 

Nature’da yayınlanan yeni bir harita, hayvanın her iki cinsi için çıkarılan ilk bağlantı haritası olma özelliğini taşıyor. Konnektom adı verilen bu harita, hangi nöronların diğer nöronlarla, kaslarla ve kontrol ettikleri diğer fonksiyonlarla bağlantılı olduğunu ve bu bağlantıların ne kadar güçlü olduğunu gösteriyor. Harita, araştırmacıların bu canlıların çevrelerini nasıl algıladıklarını ve tepki verdiklerini daha iyi anlamalarına katkıda bulunuyor. Rochester Üniversitesi’nde doçent olan Douglas Portman şöyle diyor:

Hayvan sinir sisteminin tüm yapısını emsalsiz bir seviyede anlama açısından önemli bir bütünlük sağlıyor.

Portman, bunun önceki versiyona kıyasla “Konnektom 2.0” olarak adlandırılabileceğini ve insan gibi daha karmaşık sinir sistemlerini anlamak için gerekli bir temel oluşturduğunu söylüyor. 

Scientific American’ın kıdemli yazarı Scott Emmons, haritası yeni çıkarılan devrelerin bazılarının insan davranışı üzerinde doğrudan etkileri olduğunu söylüyor. Şizofreni ve otizm gibi insan hastalıklarında yeri olan genlerin çoğu solucanlardaki nöronal bağlantıları belirleyenlerle de aynı.

1986’da yayınlanan önceki konnektom, her sinapsı incelemişti. Yeni harita Portman’ın yorumunda da yazdığı gibi, süpürge dolabının arkasına gizlenmiş örümcek ağlarına benziyor. Bu versiyon her bir bağlantının fiziksel konumu ve ağ bağlantısının gücünün bir ölçüsünü de içeriyor. Albert Einstein Tıp Fakültesi’nde genetik ve sinirbilim profesörü olan Emmons şöyle diyor:

Hermafroditin bağlantı şemasını yeniden inceleyen yeni çalışma, cinsiyetler arasında üreme ile doğrudan ilişkisi olmayan davranışsal devreler de dahil olmak üzere pek çok önemli farklılıklar tespit etti. C. elegans “dişileri” kendi başlarına 300 yavru üretmek için yeterli spermi üretebilen hermafroditlerdir,

Fakat aynı zamanda, türünün dişi rolünü üstlenen erkekleri ile de ürerler. Erkeklerin genlerini aktarmalarını sağlamak üzere, bir eş bulmak ve üremek için bazı ek bağlantılara ihtiyaçları vardır. Emmons, bu bağlantılarda neden bu kadar çok cinsiyet farklılığı olduğunun henüz belli olmadığını söylüyor. 

Hermafrodit, 132 kasa ve 26 başka noktaya –bağırsak, gonadlar ve cilt gibi- bağlanan 302 nörona sahiptir. Buna karşın, çalışmaya göre erkek C. elegans’ın 155 kas ve 39 farklı konuma bağlanan 385 nöronu var. 

Daha önceki araştırmalar da hermafroditleri incelemişlerdi, ancak çalışma o kadar zordu ki laboratuvar her iki cinsi de çalışmayı düşünmesine rağmen erkeği incelemeye geçememişlerdi. 1999’da Emmons, her iki cinsiyetin bağlantı şemasına sahip olmanın faydalı olacağına karar verdi, ancak 2012’den bu yana dişilerle kıyaslandığında en farklı yapı olan erkek kuyruğu hakkında bir inceleme yayınlanmamıştı. Yeni makalede, Emmons ve meslektaşları tüm erkeğin haritasını tamamladı ve haritaların karşılaştırılabilir olduğundan emin olmak için dişi versiyonunu yeniden düzenledi. Indiana Üniversitesi Psikolojik ve Beyin Bilimleri Bölümü’nde profesör olan ancak çalışmada yer almayan Olaf Sporns şöyle diyor:

Her ne kadar hala mükemmel olmasa ve belirli bağlantıların önemine dair bilgiler hala eksik olsa da çabaya değer. Bir sinir sisteminin nasıl çalıştığını anlamak için, o sistemin unsurlarının nasıl bağlandığını bulmak gerekir.

Her ne kadar teknoloji önceki araştırmalardan bu yana ilerlemiş olsa da, çalışma hala otomatikleştirilemiyor. Emmons bunu şöyle anlatıyor:

Her nörondaki kıvrılma ve tümsekler, fareyle tıklayan biri tarafından kaydedilmek zorunda. Yazılım daha sonra her bir nöron ve bağlantılarının haritalarını çizerek görevin bu bölümünü çok daha kolay hale getiriyor.

Fakat belki de bu çabanın en büyük mesajı, mütevazı bir konnektomun ne kadar karmaşık olabileceğidir. Emmons şöyle diyor:

Solucan, diğer hayvanlara kıyasla hücre sayısı düzeyinde basit olabilir, ancak davranış bazında hiç de basit değil. Öğreniyor, hafızası ve korkusu var, avcıların varlığını öğrenebiliyor ve onlardan kaçabiliyor, yiyeceğe gidebiliyor, karşı cinsi bulabiliyor ve karşılaştığında da nasıl çiftleşeceğini biliyor.

Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü’nde Biyoloji profesörü olan Paul Sternberg ise şöyle yorumluyor:

Kendimizle ilgili bu bilgilere sahip olacak olsak bile, bu çok uzun zaman alacak.

Yine de, 50 yıldan fazla sürecek olsa da insan bağlantılarını haritalandırmaya çalışmanın faydası olacağını söylüyor. Sternberg’e göre bu beynin nasıl çalıştığına dair sorularımıza cevap vermeyecek, ancak bu cevabın bir parçası olacak. Sternberg sözlerini şöyle bitiriyor:

Bir solucan, bu kadar az nöronla bu kadar çok şey yapabiliyorsa ve biz bundan çok daha fazla bağlantıya sahipsek, harikayız demektir.