Beynin fonksiyonlarının ve hastalıklarının keşfi
Bir grup araştırmacı beynin üç boyutlu atlasını çıkardı. Atlas, beynin farklı özellikleri ile ilgili veriler arasında bağlantı kuruyor.
Atlasta yaklaşık 250 adet yapısal olarak birbirinden farklı bölge bulunuyor. Bunların her biri 10 beynin analizine dayalı olarak yapılan çalışmalarla elde edildi. Proje uzmanları, 24 binden fazla son derece ince beyin bölümlerini dijital ortama aktardı, üç boyutlu olarak düzenledi ve haritaları çıkarıldı.
İnsan bedenindeki en karmaşık organ olan beynin üç boyutlu bir atlasının geliştirildiğini hayal edin. Bu atlas, zamanla beyni simüle ederek epilepsi ve kanser gibi hastalıkların araştırılması ve bunlara tedaviler bulunmasına katkıda bulunacak.
İşte Avrupa Birliği tarafından fonlanan HBP SGA3 adlı projenin amacı tam olarak bu. Projede çalışan bilim insanları yakın zamanda beynin hücresel mimarisinin en kapsamlı dijital haritasını sundu. Araştırmacılar aynı zamanda bu haritayı Avrupa İnsan Beyin Projesinin (European Human Brain Project (HBP)) EBRAINS araştırma altyapısı sayesinde erişilebilir hale de getirdiler.
Beyinsel farklılıkları açıklıyor
Bulgularını Science dergisinde yayınlayan bilim insanları yaptıkları açıklamada şöyle diyor: “Sizlere Julich-Brain’i tanıtmak isteriz. Bu, kortikal bölgelerin ve subkortikal çekirdeklerin sitoarkitektonik haritalarını içeren üç boyutlu bir atlas. Atlas olasılıksal olarak yapılandırılmış. Bu nedenle de tek tek beyinler arasındaki farklılıkları açıklayabilme özelliğine sahip.”
Bilim insanlarının yukarıda bahsi geçen, Science dergisindeki yayınlarında vurguladıkları gibi, böyle bir atlas “beyin parsellenmesi ile ilişkili olarak yakın zamanda elde edilen bilgileri entegre edebilir, her biri birbirinden farklı olan beyinler arasındaki varyasyonları dikkate alabilir, tekrarlanabilir iş akışı sağlayabilir, hatta aynı konuları ele alan başka kaynaklara ve veri tabanlarının internet sayfalarına bağlantılar vasıtasıyla yönlendirme yapabilir.”
Projedeki bilim insanları “hesaplamalı bir çerçeve kurarak, hâli hazırda var olan insan beyni sınırlarını, sitoarkitektural örüntülere göre geliştirdiler.”
250 farklı bölge
Projenin internet sayfasında da bulunan bir basın açıklamasında Julich-Brain atlasının beyin yapısının değişkenliğini mikroskobik çözünürlükte nasıl ortaya koyduğunu ayrıntılı bir şekilde anlatıyor:
“Atlasta yaklaşık 250 adet yapısal olarak birbirinden farklı bölge bulunuyor. Bunların her biri 10 beynin analizine dayalı olarak yapılan çalışmalarla elde edildi. Proje uzmanları, 24 binden fazla son derece ince beyin bölümlerini dijital ortama aktardı, üç boyutlu olarak düzenledi ve haritaları çıkarıldı.”
Çalışmanın yazarlarından Prof. Dr. Med. Katrin Amunts’a göre (kendisi HBP SGA3 projede ortaklığı bulunan kuruluşlardan Alman Forschungszentrum Jülich kurumunda bulunan Sinirbilim ve Tıp Enstitüsü’nün Direktörlüğü görevini yürütüyor), “dijital beyin atlası, örneğin hastaların nörogörüntüleme çalışmalarının sonuçlarının daha doğru ve kesin bir şekilde yorumlanabilmesine katkıda bulunacak.” Bahsi geçen basın açıklamasında “atlas beynin ‘Google Earth’ü gibi bir görev görecek, çünkü beynin birbirinden son derece farklı yönleri ile ilgili verilerin bağlantılandırılması için hücresel boyut en kullanışlı arayüz,”dedi.
Her beyin birbirinden farklı
Araştırma sonuçlarına göre beynin bölgeleri, örneğin boyut ve lokasyon açısından, kişiden kişiye önemli ölçüde değişiklik gösteriyor. “Julich-Beyni de tam bu sebeple tek tek bölgelerin pozisyon ve şeklini ‘olasılık haritaları’ şeklinde gösteriyor.”
Yine bahsi geçen basın açıklamasında da belirtildiği gibi, ‘özellikle Broca bölgesinde ciddi anlamda farklılıklar var. Broca bölgesi, dil kullanımı ile ilişkilidir. Bunun aksine, ana görme alanı kişiden kişiye pek değişiklik göstermiyor.”
Projede ortak çalışan ekiplerin özellikle vurguladıkları konu ise atlasın yapı ve fonksiyonu bir araya getirmek üzere atılmış bir ilk adım, bir başlangıç noktası olması. “Atlas daha şimdiden örneğin gen ifadesi, bağlantısallık ve fonksiyonel aktivite konularında elde edilmiş verilerin birbiri ile bağlantılandırılmasına ve dolayısı ile beyin fonksiyonları ve çeşitli hastalıkların ortaya çıkış mekanizmalarını daha iyi anlamamıza katkıda bulunuyor.”
Beyindeki işbirlikleri incelenecek
Kurulan EBRAINS platformu sayesinde bu araştırmacıların önemli gayretleri ile geliştirilen haritalar, “simülasyonlar veya yapay zeka uygulamaları kullanarak beynin farklı bölgeleri arasında gerçekleşen iş birliklerini incelemeye yarayacak.”
HBP SGA3 (Human Brain Project Specific Grant Agreement 3 – İnsan Beyin Projesi Özel Hibe Anlaşması 3) için öngörülen bitiş tarihi Mart 2023. Bu çalışma, Avrupa Birliği tarafından bugüne kadar en fazla maddi kaynak sağlanan, Gelecek ve Yeni Teknolojiler (Future and Emerging Technologies) ana projesine dahil olan İnsan Beyin Projesi’nin son aşaması. “Burada planımız ana proje bittiği zaman yeni, kalıcı bir Avrupa bilimsel araştırma altyapısı başlatılmasıdır.” Yani umudumuz, EBRAINS’in Avrupa Araştırma Altyapıları Strateji Forumu (European Strategy Forum on Research Infrastructures (ESFRI)) yol haritasında yer almasıdır.”
Veriler ilgiye dönüşecek
Proje ile ilgili detayların yer aldığı internet sayfasına göre, “İnsan Beyin Projesi’nin önceki dönemlerinde, deneysel ve teorik sinirbilimin farklı uzamsal ve zamansal ölçeklere yaklaşımında; son teknoloji nöroinformatik, stimülasyon, nöromorfik hesaplama, nörorobotik ve yüksek performanslı analitik ve hesaplama yöntemlerini kullanabilir hale getirilmesinin temelleri atıldı.”
“Bu disiplinler aslında yıllardır evrilmekte olmalarına rağmen artık bu alanda bir birleşme ve ilerlemede önemli bir hızlanma görmekteyiz. Elde edilen verinin analiz edilmesi ve dünya çapındaki araştırmacılara sonuçların sunulabilmesi için, bilgisayarla hesaplamaya olan ihtiyaç, bir bilimsel devrime yol açtı. Verinin bilgiye dönüştürülmesi, beyin organizasyonunun ve hastalıkların daha iyi anlaşılması ve teknolojik yeniliklere dönüştürülmesi ancak çok ciddi bilgisayar desteği ile mümkün.”
Meltem Bilikmen, BAU Tıp Fakültesi / [email protected].
Kaynaklar:
