Beynimiz, uzak ara en karmaşık organımız. Bu sebeple de hakkında en az şey bildiğimiz organımız. Beynin nasıl çalıştığına dair anlayışımız son derece kısıtlı.
Beynimizin hangi işlevini nasıl yerine getirdiği hakkında az şey biliyor olmamızın en büyük sebebi, beynin karmaşıklığı. Beynimizin minicik bir parçasında bile yüzbinlerce hücre birbirine milyonlarca farklı bağla bağlı, bu bağların uzunluğu kilometrelerce. Ve bağlantılar esrarengiz elektrik akımlarıyla çalışıyor.
DNA’nın ikili sarmal yapısını keşfettiği için Nobel ödülü kazanan iki bilim insanından biri olan Fracis Crick, 1979 yılında The Scientific American dergisine yazdığı yazıda beynin nasıl çalıştığını anlamamız gerektiğini ama minicik bir beyin parçasında bile, mesela 1 milimetre küplük bir parçasında bile bunu başaramayacağımızı, başarmanın imkansız olacağını söylemişti.
Şimdi bu yazının üzerinden 46 yıl geçtikten sonra, 100’den fazla bilim insanının katıldığı 100 milyon dolarlık bir dev araştırmanın sonunda Crick’in imkansız dediği şey başarıldı. Bir farenin beyninden 1 milimetre küplük bir parçada önce bütün hücresel aktivite saptanıp kaydedildi, sonra da bu minicik parçanın büyük hücresel yapısı üç boyutlu olarak haritalandı.
Sırf bu çabayla elde edilen veriler 1,6 petabytes büyüklüğünde bir bilgi anlamına geliyor. Yani, yüksek çözünürlüklü bir filmi 22 yıl boyunca kesintisiz izleyebileceğiniz büyüklükte bir veri. Sadece 1 milimetre küp, unutmayın.
1 milimetre küp dediğiniz kabaca bir kum tanesi kadar. İşte bu kum tanesi büyüklüğündeki beyin parçasında bilim 200 bin beyin hücresi ve o hücreler arasında 523 milyon bağlantı veya “sinaps” var.
İspanyol sinir bilimci Santiago Ramón y Cajal’ın ilk kez bir beyin hücresini mikroskopta görüntülemesinin üzerinden 130 yıldan fazla zaman geçti. Beyin hücreleri (nöronlar) kendilerinden uzanan kollarla, ki bunlara ‘axon’ adı veriliyor, komşu hücrelerle elektrik akımları yardımıyla haberleşiyor. Bazı nöronlar diğer nöronları yolladıkları elektrik akımıyla harekete geçiriyor, bazı nöronlar ise diğer nöronlardaki elektrik akımlarını durduruyor.
İnsan düşüncesi dediğimiz şey de işte bu elektrik akımları ve susturulan akımlar sayesinde ortaya çıkıyor.
Peki bu nasıl oluyor? Cevabını bilmediğimiz en büyük sorulardan biri bu.
Ama şimdi belki de bu cevabı öğrenme yolunda önemli bir adım attık. Çünkü daha öncesinde bilim insanları ancak birkaç nöronu bir arada inceleyebiliyordu. Şimdi ise 200 bin nörona birden bakılabildi.
Aslında bu işi ilk 1986’da bir grup İngiliz bilim insanı başardı, bir solucanın beynini oluşturan 302 nöronu bir arada görüntüleyebildiler. İzleyen yıllarda daha “büyük” bir beyine yöneldiler, bir sineğin 140 bin nöronluk beynine. Ama hala Dr. Crick’in hedefinden çok uzaktaydılar.
2016 yılında Amerikan hükümeti 100 milyon dolarlık bir proje başlattı. Adı ‘Machine Intelligence from Cortical Networks’ veya MICrONS’du bu projenin. Princeton Üniversitesi, Baylor College Tıp Fakültesi ve meşhur Allen Institute Beyin Bilimleri Merkezinin öncülüğündeki projede 1 milimetre küplük bir beyin parçası hedeflendi.
Bilim insanları önce farenin beyninde, farenin gözünden gelen sinyallerin işlendiği minik bir parçayı hedefledi. Bu parçadaki aktivite, fare çeşitli manzara videoları izlerken kaydedildi.
Ardından fare beyninden bu minik parça alındı, bazı işlemlerden geçirildikten sonra tam 28 bin dilime bölündü. Yanlış okumadınız, 1 milimetre 28 bine bölündü. Her her bir dilimin fotoğrafı çekildi.
Bir bilgisayar, kendisine yüklenen bu fotoğraflarda hücrelerin sınırlarını yakalamaya eğitildi ve sonra bilgisayar üzerinde bu ince dilimler üç boyutlu olarak yeniden oluşturuldu. Sonuç olarak bu kum tanesi büyüklüğündeki beyin parçasında 200 bin nöron ve onları birbirine bağlayan 523 milyon bağlantı bulundu.
Araştırmayı yapan bilim grubundan Allen Institute’dan Nuno da Costa, araştırmanın bu iki aşamasını şöyle bir benzetmeyle anlatıyor:
“80 bin kişilik bir partiye katıldığınızı hayal edin. Bütün konuşmaları duyuyorsunuz ama kimin kiminle konuştuğunu bilmiyorsunuz. Bu ilk aşama. Şimdi bir de aynı partide kimin kiminle konuştuğunu bildiğinizi ama ne söylediklerini işitmediğinizi düşünün. İşte bu da ikinci aşama.”
Yani birinci aşamada fare çeşitli manzara videoları seyrederken beynindeki aktiviteyi kaydettiler; sonra ikinci aşamada o aktivitenin yaşandığı beyin bölgesini 28 bin dilime bölüp bilgisayarda yeniden bir araya getirdiler.
Bunu yaptıklarında da daha önce bilmedikleri bir sürü şey öğrendiler. Ama unutmayın, burada 1 milimetre küplük bir beyin parçasından söz ediyoruz. Şimdi farenin beyninin tamamını haritalamayı konuşuyor bilim insanları. Fare beyninin tamamı 500 milimetre küp, yani bu incelenen parçanın 500 katı.
Şu anda fare beyninin tamamı imkansız gibi gözüküyor; insan beyni ise fare beyninden bin kat daha büyük, imkansızın da ötesinde.
Ancak yine de fare bir memeli canlı ve fare beyniyle insan beyni arasında ciddi benzerlikler var. Dolayısıyla şimdi haritalanan bu minicik beyin parçasından bile insanlar için faydalı olabilecek ilaçlar vs çıkabilir.
