Meyve Sineği Üzerindeki Araştırma, Nörobilimde Devrim Yaratıyor

Bu, bilim insanlarının yarım yüzyıldan fazla bir süredir hayalini kurduğu bir başarı. Sonunda, dev bir uluslararası araştırma ekibi, gözleri ve bacakları olan yetişkin bir hayvanın beynindeki her nöronu son derece ayrıntılı bir şekilde haritaladı.

Artık herkesin özgürce inceleyebileceği bu küçük beyin, bir haşhaş tohumu kadar küçük olmasına rağmen 139.255 nöron ve 50 milyon bağlantı içeriyor.

Bu beyin, yetişkin dişi bir meyve sineğine (Drosophila melanogaster) ait.

İnsan beyninde 80 milyar nöron ve 100 trilyon bağlantı bulunduğu göz önüne alındığında bu başarı küçük bir adım gibi görünebilir. Ancak nörobilimcilerin 1960’larda başladığı noktaya göre bu, çok büyük bir ilerleme.

Geçmiş deneyimler dikkate alındığında, bu araştırma gelecekte bir Nobel ödülüne aday olabilir.

Princeton Üniversitesi’nden nörobilimci Mala Murthy, ekibe liderlik eden bilim insanlarından biri olarak, “Bu büyük bir başarı,” diyor. “Bu karmaşıklıkta bir yetişkin hayvana ait başka bir tam beyin bağlantı haritası yok.”

Bu başarıya en yakın harita, yetişkin sineğin “hemibrain” adı verilen yarım beyin yapısının 3D bir diyagramı, ancak bu sadece 20.000 nöron içeriyor.

Emory Üniversitesi’nden biyolog Anita Devineni, araştırmaya dahil olmamasına rağmen, bu yeni haritanın “meyve sineği nörobilimini dönüştüreceğini” Nature dergisinde yayımlanan bir yorum yazısında belirtiyor.

Bilim insanları yaklaşık yarım yüzyıl önce hayvan beyinlerinin bağlantılarını haritalamaya başladılar ve bu ilk çabalar oldukça basit bir canlıya odaklanmıştı: gözleri ve bacakları olmayan bir solucan olan Caenorhabditis elegans.

2002’de, sadece 302 nöronluk bu kısmi beyin haritasının arkasındaki bilim insanları Nobel Ödülü kazandı.

Bugün aynı başarı, eskiden 12 yıl süren bir çalışmayı, bir ayda tamamlamak mümkün.

2023 yılında, araştırmacılar meyve sineği larvasındaki tüm 3.016 nöronu içeren çok daha büyük bir beyin haritasını tamamladılar. Ancak bu hayvan da yürüyemiyor ya da göremiyordu.

Yetişkin bir meyve sineği bir sonraki büyük adım. Görme ve yürüme gibi karmaşık hareketleri kontrol eden beyin ağları, insanlardakilere benzer ve şimdi her zamankinden daha ayrıntılı bir şekilde incelenebilir. Araştırmaya liderlik eden Cambridge Üniversitesi’nden moleküler biyolog Gregory Jefferis, “Sinekler yürüme, uçma, gezinme gibi karmaşık şeyler yapabilir ve erkekler dişilere şarkı söyler,” diye açıklıyor.

“Beynin bağlantı diyagramları, hareketlerimizi nasıl kontrol ettiğimizi, telefona nasıl cevap verdiğimizi veya bir arkadaşımızı nasıl tanıdığımızı anlamak için ilk adımdır.”

Bu diyagramı oluşturan ekip, 122 kurumdan araştırmacıları içeriyordu ve Princeton Üniversitesi, Cambridge Üniversitesi ve Vermont Üniversitesi önemli katkılarda bulundu.

Harita, dişi bir meyve sineği beyninin 7.000’den fazla kesiti ve 21 milyon görüntü gerektirdi. Bu veriler, 100 tipik dizüstü bilgisayarı doldurabilirdi. Princeton Üniversitesi’nde geliştirilen bir yapay zeka programı, bu verilerin işlenmesinde hayati rol oynadı.

Sonuçlar, örtüşen yazar gruplarının katkı sağladığı tam 9 makalede toplandı.

Bir makale, haritanın tamamını açıklıyor. Bilgisayar hatalarını düzeltmek için dünya genelindeki araştırmacıların ve gönüllülerin nöronlara verilen isimleri ve işlevleri gözden geçirebileceği bir kitlesel işbirliği projesi kuruldu. Bir kişinin bu 3 milyon manuel düzenlemenin tamamını yapması 33 yıl sürerdi.

Diyagramdaki 8.453 bilinen ve adlandırılmış hücre türünün tamamı, tüm nöronların yüzde 96’sını kapsıyor ve bunların 4.500’den fazlası bilim için yeni keşfedildi.

Princeton Üniversitesi’nden 2023 mezunu nörobilimci Sven Dorkenwald, “Google Haritalar olmadan yeni bir yere gitmek istemeyeceğiniz gibi, beyin haritası olmadan da beyni keşfetmek istemezsiniz,” diye açıklıyor. “Biz, beynin bir atlasını oluşturduk ve üzerine tüm işyerlerini, binaları ve sokak isimlerini ekledik. Bu sayede araştırmacılar, beyni anlamaya çalışırken bilinçli bir şekilde ilerleyebilir.”

Bir yan makalede, bilim insanları meyve sineğinin bilgisayarda oluşturulmuş beynindeki nöronları harekete geçirerek, tıpkı gerçek sineklerde olduğu gibi, şeker almak için sineğin hortumunu uzatmasını sağladılar.

Bugüne kadar, meyve sineği üzerine yapılan araştırmalarla 6 farklı Nobel Ödülü kazanıldı. 7.’si yolda olabilir.

Ana bulgular Nature dergisinde yayımlandı.