Beyin Organoidi: Laboratuvarda Üretilen Beyinler "Bilinç" Geliştirebilir mi?

Bilinç nedir? Aslında zengin ve anlamlı içsel benliğimiz, beynimizin içindeki elektriksel ve kimyasal gevezelikten başka bir şey değildir. Peki ne zaman beynimizdeki bu elektrokimyasal aktiviteyi bilinç olarak tanımlıyoruz?

Shutterstock

Japon bilim insanları, Stem Cell Reports dergisindeki yayınlarında ciddi sonuçlar bulduklarını belirttiler. İlk kez bir ekip, beyin "organoid"inden, yani organa benzeyen ve onlar gibi faaliyet gösteren çoklu hücre türleri içeren üç boyutlu fonksiyonel yapılardan gelişen nöronların elektriksel aktivitesini kategorize etmeyi başardı. Hazırladıkları beyin organoidinde nöronların kendiliğinden ortaya çıkan, senkronize bir şekilde ateşlenmelerini sağlayan uzun mesafeli bağlantılar kurduklarını bildirdiler.

Nöronlar, sadece uzun mesafeli bağlantılar kurmayıp, bireysel karakteristik aktivitelerini de koruyarak senkronize bir şekilde ateşlendiler. Üstelik ağ gücünü arttıran veya azaltan ilaçlarla tedavi edildiğinde, kültür de tam beklendiği gibi tepki gösterdi.

Ancak bu, kültürün bilinçli olduğu anlamına gelmiyor. Bunun yerine, kültürlenmiş beyin organoidindeki nöronların, hafızanın oluşumuna benzer bir şekilde kendiliğinden elektriksel modeller geliştirme kabiliyetine sahip olduğunu göstermektedir.

Yazarlara göre sahaya en büyük katkıları, bilim insanlarının beyin organoid kültürlerinde otizm veya diğer kompleks gelişimsel hastalıklar üzerinde çalışabilmelerini sağlayacak yeni bir sistem geliştirmiş olmalarıdır. Kyoto Üniversitesi'nden Dr. Jun Takahashi, bir basın açıklamasında şöyle diyor:

Beyin organoidleri beyin gelişimini taklit edebildiklerinden, karmaşık nörolojik bozuklukları incelemek için insan beyninin yerine kullanılabilir. Yöntemimizi kullanarak beyin fonksiyonlarındaki hücre aktivite modellerini analiz etmek mümkün olacak.

Bunu Nasıl Yaptılar?

Ekip, bir miktar kök hücreyi alıp serebral korteksteki yapıya benzeyen -katmanlı bir yapıya sahip olan- bir organoid yetiştirdi. Yaklaşık üç ay sonra Sakaguchi, ekibi ile birlikte hücreleri dokudan aldı ve daha sonra başka bir kaba yerleştirdi, ancak bu kez ayrı ayrı yetiştirildiler. Bunun sonucunda hücreler kendilerini kümeler halinde organize etmeye ve yakındaki diğer kümelerle ağlar oluşturmaya başladılar.

Stem Cell Reports

Ekip, nöronların inanılmaz derecede sağlıklı olduğunu fark etti. Geleneksel beyin organoidi kültürlerinden çok daha uzun, bir yıl boyunca canlı tutulabiliyorlardı. Bazı nöronlar, komşu nöronların aktivitesini hızlandıran kimyasalları dışarı pompaladıkları için eksitatör (uyarıcı) hale geldiler; diğerleri de komşu nöronların ateşlenmesini bastırdığı için inhibitör (engelleyici) oldu.

Organize kümelerdeki nöronların nasıl ve ne zaman ateşleneceğini görmek amacıyla ise nöral aktiviteyi saptamak için kullanılan bir metot olan "Kalsiyum İyon Bağlanması" yöntemi kullanıldı.

Nakilden bir hafta sonra, diseke sinir kümeleri kendiliğinden çoklu ağlar kurdu. Sinir aktivitesine duyarlı boyalar kullanan ekip, bireysel elektrik atımları üzerinde, ağ boyunca uzanan senkronize dalgalar buldu. Yazarlar bununla ilgili şöyle diyor:

Bu örüntü, beynimizdeki nöronların bir anıyı hafızaya kaydederken nasıl koordine olduğu konusunu akla getiriyor.

Ardından, çoklu araştırma ilaçlarının yardımıyla ağlardaki eksitatör ve inhibitör kimyasalları ayrıştırdılar. Bunların beynimizdeki kimyasallarla aynı olduğu ortaya çıktı. Epilepsi ataklarını önleyen ilaçlara benzer ilaçlar kullanarak sinirsel aktivitenin yapay olarak bloke edilmesi, beyin organoid nöronlarının da inhibe olmasına neden oldu.

Bilim insanları; daha önceden beyin organoidi sinir ağlarının sinyali kodlayabilmesine şüphe ile yaklaşmalarına rağmen (saf gürültünün aksine), bu ağların doğru koşullar altında (nörokimyasal düzeyde ve diseksiyondan sonra) ilkel insan beyni bağlantıları gibi (25-39. hafta arası doğan infantlara benzer) davrandığını gözlediler. Çalışmanın yazarı ve şu anda Salk Institute'ta çalışan Dr. Hideya Sakaguchi şöyle diyor;

Belirlenen bir alanda ağ faaliyetlerinin kapsamlı dinamik değişimini değerlendirmek için 1000'in üzerinde hücrenin faaliyetlerini yansıtan yeni bir fonksiyonel analiz aracı oluşturduk. Çalışmamızın, insan hücresi kaynaklı sinirsel aktivite hakkında geniş bir değerlendirme olasılığı sunduğuna inanıyoruz.

Beyin Organoidleri, Bir Birey Olabilir mi?

Doğal veya indüklenmiş kök hücrelerden yetiştirilen bu üç boyutlu kültürler, büyüme sıvısı ve oksijen ortamında hızla gelişirler. Beynin birçok yerine benzemesi için yapılmış olsalar da en popüler olanı; beynimizin en dış katmanını (korteksi) andıracak şekilde büyüyen, kendi kendini organize edebilen serebral beyin organoididir.

Sofistike genomik ve moleküler analizler yoluyla bilim insanları; bu nöronların nihayetinde kortekse özgü "katmanlı pasta" benzeri bir yapı geliştirdiklerini ve ikinci trimester fetusla aynı nöron kastını meydana getirdiklerini gösterdiler.

Zimo

Ancak fetal beyne bu kadar benzemeleri de etik açıdan bir sorun yaratıyor; Stanford Üniversitesi'nde görev yapan Stanford Program in Neuroscience and Society direktörü Henry Greely, yasaların gözünde tam bir insan olunması için insanın bilinçli olması gerektiğini söylüyor. Peki bir yeni doğanı ne zaman bilinçli kabul ederiz? Greely şöyle diyor; "Bu, beynin bir bebek ya da yürümeye başlayan bir çocuk seviyesinde bilinç belirtileri göstermesi olabilir." Yeni doğmuş bir bebek çok şey yapamaz, ama yine de bilinçli olduğunu düşünürüz. Bir beyin organoidi bu seviyeye ulaşabilirse, bunu bir insan olarak sınıflandırmak zorunda değil miyiz? MIT Media Lab'da araştırma bilimci ve etikçi olan Jeantine Lunshof şöyle diyor:

İzole edilmiş bir laboratuvarda yetiştirilen beynin 'birey' olabileceğini sanmıyorum. Kişilik, zorlu bir kavramdır. Kişilik, bir kapasite gerektirir ve -şu anda bildiğim kadarıyla- bir organoidden yetiştirilen izole bir beyin her zaman bu eksikliği yaşayacaktır.

Geisel School of Medicine'den James Bernat şöyle düşünüyor:

Yaşamlarımız boyunca, laboratuvarda yetiştirilen bir beyin organoidinin ne zaman bilinçli olduğu sorusunu cevaplandırmamız gerekeceğini sanmıyorum; çünkü beynin öngörülebilir bir gelecek içinde bilinci nasıl oluşturduğunu anlayacağımıza ihtimal vermiyorum. Bunu ölçmek, onun kesin biyolojik mekanizmasını tam olarak anlayabildiğimiz takdirde mümkün olabilecek başka bir zorluğu temsil ediyor.

Bu deneyi hayvanlar üzerinde yapmanın da tam olarak etik olmayabilir. 2018'de, San Diego'da bir ekip, insan kaynaklı beyin organoidlerini yarı doğal bir ortamda daha fazla beslemek umuduyla farelerin kafataslarına nakletti. Ancak deney, biyoetik açısından bir soru yarattı: Beyin organoidi sadece olgunlaşmakla kalmadı, aynı zamanda farelerin dolaşım sistemlerine kendisini beslemesi için komutlar verdi; ayrıca, birlikte ateşlenen melez bir ağda farelerin kendi nöronları ile fonksiyonel sinapslar oluşturdu.

Her ne kadar beyin organoidinin elektriksel aktivitesi insan beyninin aktivitesine benzese de, ikisinin de aynı şeyi yapıp yapmadığını, yani hem düşünce hem de bilinç altında yatan tutarlı elektrik sistemlerini destekleyip desteklemediklerini söylemek zor; kısmen araştırmacılar bebeklerin beyinlerinin nasıl bağlantı kurduğu hakkında çok az şey bildiği için, çoğunlukla bilincin nasıl ortaya çıktığını hala anlamadığımız için. Bir görüş, beyin organoidlerinin yeni bir stimülasyon (uyarı) aldığında "öğrenip öğrenemeyeceğini" kontrol etmek için öğrenme ile ilgili çeşitli biyokimyasal belirteçlerin kullanılmasıdır.

Japon ekiplerine göre bu görüş tartışmalı, çünkü beyin organoidleri çevreden girdi almıyor. Sakaguchi şöyle diyor:

Bilinç öznel deneyim gerektirir ve duyusal dokular içermeyen serebral organoidlerde duyusal girdi ve motor çıktı olamaz.

Etik Sorunlar

Eğer beyin organoidlerine çevreden girdi almalarını sağlayacak yapay reseptörler eklersek ne olur? Ağrı hisseder mi? Hafıza geliştirebilir mi? Bütün bu girdileri yorumlayarak kendi düşüncesine sahip olabilir mi? Peki geliştirdiğimiz beyin organoidini bir vücuda nakledersek ne olur? Sakaguchi şöyle diyor:

Giriş ve çıkış sistemine sahip beyin organoidleri ahlaki açıdan önem arz eden bir bilinç geliştirirse, bu beyin organoidlerinin temel ve uygulamalı araştırması büyük bir etik zorluk haline gelecektir.

Ve bu konular hakkında düşünmesi gereken bir grup daha var: Hepiniz. Evet, siz, bu yazının okuyucuları, bu fikirleri düşünmeye başlamalısınız. Beyin araştırmaları ile ilgili politikayı doğrudan etkileme gücünüz olmayabilir (veya kim bilir, belki de olur!), ancak bu politikalar kamu politikaları olacaktır. Bu politikalar, devlet organlarının uygulama yetkisi olan araştırmaları etkileyecekler. Vergileriniz bu araştırmaları finanse edecek. Bunu, önemli hale gelmeden önce değerlendirmelisiniz.