Drosophilia melanogaster ya da daha bilinen adıyla sirke sineği hakkında neler biliyorsunuz? Gerry Rubin, sinekler üzerinde yıllardır çalışan isimlerden bir tanesi ve genomlarının dizilmesi konusunda da öncülük etmiş bir isim. Rubin, sirke sineklerinin özelliklerini şöyle sıralıyor: harika yön buluculardır; duvarlara çarpmadan ilerleyebilirler, oldukça güçlü hafızaları vardır; hislerinden mahrum bir şekilde de yollarını bulabilirler.
“Sirke sinekleri oldukça yetenekli” diyen Rubin, Howard Hughes Tıp Enstitüsü Janelia Araştırma Kampüsü’nde 12 yılını ekibiyle birlikte sineklerin beyinlerindeki fiziksel bağlantıları, en son nörona kadar haritalandırmak için harcadı.
25 bin nöron, 20 milyon bağlantı
Ekip, çarşamba günü oldukça önemli bir duyuru yaptı. Ekip, 25 bin nöron ve bunlar arasındaki 20 milyon bağlantının bulunduğu sinek beyninin bağlantı şemasını yayınladı. Beynin içerisindeki tüm nöronları ve sinir bağlantılarını gösteren diyagram olan “connectom”, sineğin “hemibrain” adı verilen 250 mikrometre boyutundaki bir alanına tekabül ediyor. Diyagramı çıkarılan bu alan, sinek beyninin üçte birlik kısmına denk geliyor ve hafıza, navigasyon, öğrenme gibi oldukça kritik bölgeleri içerisinde barındırıyor.
Rubin gibi araştırmacılar, beynin fiziksel şablonunun sinirbilimciler için temel kaynak haline geleceğine inanıyorlar. Tabii bu işlemleri, insan beyninde gerçekleştirmek çok daha önemli olsa da insan beyninin en küçük noktalarına kadar takip edilmesi, oldukça fazla zaman ve para gerektiriyor.
Dolayısıyla insan beyninin milyonda biri kadar nöronu bulunan sirke sinekleri bu işlem için oldukça uygun bir aday haline geliyor. Ayrıca Drosophila, bu kadar detaylı beyin şeması çıkarılan ikinci yetişkin hayvan olma unvanını da taşıyor. İlkiyse 1986 yılındaki iplik kurduydu.
Haritalandırma
Meslektaşlarının, çalışmasına getirdiği olumsuz yaklaşımlara rağmen yılmayan Rubin, teknolojinin daha da ilerleyeceğine inandı. Ekip, ilk önce elektronik mikroskopi kullanarak veri elde etme metotlarını geliştirme üzerine odaklandı. Araştırmacıların kafalarındaki beyin haritasını çıkarması için yeni hesaplama teknikleri geliştirmesi gerekiyordu.
Haritalandırma sürecinde, beyni 20 nanometrelik dilimlere bölmek ve daha sonra bozulmamış bir ortamda bunları aylarca görüntülemek gibi işlemler de bulunuyordu. Görüntüleme esnasında oluşacak en ufak hata tüm connectome’u baştan aşağı mahvedebilirdi.
Ancak asıl zorlayıcı kısım, bu görüntüleri anlamlandırma aşamasıyıdı. Yani bölümlendirme problemi. Eski bir Janelia laboratuvar yöneticisi olan Viren Jain, Google’da bu problem üzerine çalışıyordu. Jain, “flood-filling network” adı verilen bir makine öğrenmesi tekniği kullanıyordu.
Bu makine öğrenmesi algoritmasını eğitebilmek için ise insanlar tarafından doldurulmuş nöron görselleri gerekiyordu. Ayrıca insanların, bunun doğrulamasını yapması gerekiyordu. Bilgisayar görselleri doldurduktan sonra sonuçlara bakan araştırmacılar umduğu sonuca ulaşamamıştı. Bilgisayarlar, bu işin altından kalkamamıştı.
Ancak bu veriler tamamlandı ve yayınladı. Artık beyinle ilgili farklı araştırmalar yapmak isteyen araştırmacılar, bu verileri kullanabilecekler. Bu konuda çalışma yapan şirketlerden bir tanesi de Google’dı. Arama devi, Max Planck Enstitüsü’ndeki araştırmacılarla iş birliğine gitti ve ötücü kuşların, beyinlerindeki şarkı öğrenmeye ayrılmış bölümü analiz etti.
Beyin haritalandırma konusunda farklı çalışmalar da yürütülmeye devam ediliyor. Clay Reid de bu isimlerden bir tanesi. Fare beyninin bir milimetre küpü üzerine çalışma yapan Reid’in edindiği çok daha büyük veri setlerinin bu sene içerisinde yayınlanması bekleniyor.
Bundan sonra asıl merak edilen ise bu araştırmaları kimin daha da ileriye götüreceği. Kimin sineklerden daha büyük canlıların beyinlerinin haritalandırmasını yapacağı.
