Siz bu sözcükleri okudukça, gözleriniz
zihninizin anlamaya çalıştığı modelleri toplayıp sayfayı tarar. Aynı
anda da kalbiniz kasılır ve gevşer, diyaframınız şişer ve nefes almanızı
kontrol altına almak için iner, sırt kaslarınız dik durmanızı sağlamak için
gerilir.Yaklaşık 86 milyar nöronun ve kafatasınızın içerisindeki eşit sayıdaki
destek hücrelerinin koordineli kontrolü altında bilinçli ve bilinçaltı yaşamın
diğer temel 1.000 görevi devam eder. Bizim gibi nörobilimadamlarına göre, basit
bir dergi okuma eylemi bile harikulade bir zevk olduğu gibi belki de bugün
bilimdeki en zor örnektir: Gerçekte, insan beyninin nasıl düşündüğünü ve maymun beyninin bizim yaptığımız gibi neden
muhakeme yürütemediğini hâlâ tam olarak açıklayamıyoruz...
Bazen yeni keşfedilmiş bir kıtanın
karasına ayak basmış kaşifler gibi hissetsek bile, nörobilimadamları yüz yıldan
fazladır insan beyni üzerinde yoğun bir şekilde çalışıyorlar. Bunu ilk başaran
kişi, tüm sinirleri ve konturları haritada gösterdi. Alman bilim adamı Korbinian
Brodmann, 1900'lerin başlarında insan beyinlerini dilimledi ve algının,
düşüncenin ve hafızanın bir çoğunu idare eden gri maddenin dış katmanları olan Serebral Korteks'i incelemek için mikroskobunun altına yerleştirdi. Bu
korteksi, organın topolojisine dayanarak ve her bölgedeki hücre belirli
lekelerle sınıflandırıldığında bölümlere ayırdı.
Görüntü günbegün her bölgenin, her
belirli hücre kümesinin özel bir fonksiyon serisini idare ettiğini
yakaladı.Bazı nörobilimadamları bu teoriye fonksiyonun mekân tarafından
bölündüğünü söyleyip meydan okudular. Fakat "bölünme modeli (parcellation
model)"; yeni aletlerin ortaya çıkışıyla, en görünür bir şekilde insanlar
okurken, rüya görürken veya yalanlar söylerken bile beynin hangi kısımlarının
"aydınlandığını (oksijen bitirdiğini)" kaydeden fonksiyonel manyetik
rezonans imajlama (MRI)'yla yeniden moda oldu. Araştırmacılar bu teknolojiden,
bu aletleri kullanarak 'gerçek-dünyadaki insan davranışında' ne gördüklerini
anlatan "haritaları" yapmak için yararlanıyorlar.
Buna rağmen yeni bir düşünce okulu,
beynin kalıplaşmış bir çalışma bölümü olmasından çok, bilgi veren sosyal bir
iletişim ağı olduğunu varsayıyor. Bu görüşe göre; bir nöronun diğer beyin
hücreleriyle yaptığı bağlantılar onun pozisyonunun yaptığından çok, davranışını
belirliyor. Ve belirtilen herhangi bir bölgenin davranışı, kuvvetli bir şekilde
onun geçmişteki deneyiminden veya şimdiki durumundan etkileniyor. Eğer bu görüş
doğruysa, beynin sorumluluklarını idare eden belirli bölgeler arasında örtüşen
aktivitesini görmeyi bekleyebiliriz. Bu varsayımı test etme aldatıcı olacaktır.
Beyin devrelerinin izini sürmek zordur ve bir insan beynindeki milyarlarca
nöron belki de 100 trilyon bağlantıyla ya da sinapsla iletişim sağlar. Fakat bu
işte gerekli yeni aletleri geliştirmek için olan projeler üzerindeki çalışma
devam etmektedir.
İnsan Genom Projesi insan DNA'sındaki
kod harflerin dizilişini 2003'te yayınladığında, Seattle Allen Beyin Bilimi
Enstitüsü'ndeki bizler ve çalışma arkadaşlarımız, 20.000 kadar insan geninin ve
hızlı bir şekilde gelişen gen-tarama sistemlerinin yeni kataloğunu kullanmayı
bu tartışmayı bilgilendirebilecek yeni bir bakış açısından bakmayı bir fırsat
olarak gördük.
Klasik nörobiliminkiyle genetiğin
aletlerini birleştirerek, haritası yapılmamış kıtanın balta girmemiş ormanına
dalabileceğimizin farkına vardık: Aslında, beynin tüm hacmi boyunca genomun
hangi kısımlarının aktif olduğunun ve hangi kısımlarının da etkisiz olduğunun
haritasını çıkarabilirdik. Bu haritanın etkinleştirilen çok farklı bir gen
dizilimini, diyelim ki; beynin dokunmayı, hareketi veya akıl yürütmeyi
düzenleyen kısımlarından, duymayı idare eden kısmını göstereceğini zannettik.
Başarmak için neredeyse on yılı bulan hedefimiz; tek olan genlerin sağlıklı
insan beyninde nereyi idare ettiğini ve bunun farelerle karşılaştırmasını haritada gösteren üç boyutlu atlasları
yapmaktı (Şimdi maymunları da ilave etmeye çalışıyoruz). Böyle moleküler
haritalar, İnsan Genom Projesi tarafından yapılan DNA dizilişi örneğine çok
benzer bir şekilde neyin "normal" olduğunu veya en azından tipik
olduğunun paha biçilmez değerlendirmelerini sağlar. Bu atlasların
araştırmacılara insan beyninin yapısı hakkındaki temel merakı keşfetmelerine
olanak sağlamakla birlikte, nörobilim ve ilaç keşfinde de gelişmeyi
hızlandırmalarını umuyoruz.
İnsan ve kemirgen hayvanların beyinlerinin içsel çalışması şimdiden yeni
görüşlerde bazı sürprizleri getirdi. Büyük sürpriz şöyle: Her kişi kendine özgü
olsa da, gen aktivitesinin modelleri bir insan beyninden bir diğerine dikkat
çekecek derecede benzemektedir. Farklılıklarına rağmen insanlar, beyinlerinde
alışılagelmiş bir genetik coğrafyayı paylaşıyorlar. Daha da fazlası, umulmadık
bir biçimde, her bir bireydeki sol ve sağ beyin arasındaki gen hareketlerinde
hiçbir büyük farklılık keşfetmedik. Ve fareler pek çok nörobilim araştırmasında
ve önceki ilaç denemelerinde insanlar için örnek olarak kullanılsalar da, bu
yeni sonuçlarda açık ki, basitçe söylemek gerekirse; insanlar genetik seviyede
'BÜYÜK FARELER' değiller! Bu keşif, kendi türlerimizdeki nörobiyolojiyi
anlamada model olarak farelerin kullanımının doğruluğunu sorguluyor.
FAREDEN İNSANA
Bir memelinin beyninin tüm genetik
haritasını şimdiye kadar kimse yapmadı. Bir çok detayı çözmek için, ufak ufak,
fare beyniyle başladık. Fareler neredeyse insanlarınki kadar bir çok gene
sahiptir, fakat beyinlerinin kütlesi bizimkinin sadece üçte biridir. Üç yıl
içerisinde genin kullanıldığını belli eden, belirli genin ifade edildiğinde
oraya yapıştığı, herbirini gözle görülebilir işaretleyicilerle ıslattığımız bir
milyondan fazla fare beyni dilimini işlemden geçirdik: "Transkript"
adı verilen RNA'nın küçük bir parçasına DNA'dan kopyalandılar. RNA
transkriptleri; enzimatik reaksiyonu taşıyan veya hücresel makinenin bir bölümü
gibi işe yarayan, genellikle hücrede etkili olan bir proteine, gen tarafından
kodlanan son ürüne gitmekte olan ara girişimlerdir. Bazı RNA transkriptleri,
protein formuna hiç çevirtilmeden direkt olarak işe yararlar. Ve tüm
protein-kodlayan genlere ilave olarak, binlerce türdeki kodlamayan RNA'yı
arayabildik.
Fare projesi, tekniklerimizi
geliştirmenin ötesinde şaşkınlıklarımızdan bir tanesine de yardım etti. İnsan
tabii ki, bir faredeki neredeyse her hücre kromozomunun tam bir dizilimini ve
bu yüzden de hayvanın genomundaki her genin en azından bir kopyasını kapsar.
Olgun hücrelerde, bu genlerin büyük bir kısmı belirli herhangi durumda
sessizdir: Onlardan hiçbir RNA yapılmaz. Fakat fare atlasını 2006'da
tamamladığımızda, farelerin sahip olduğu birçok genin, en az her beş genden
4'ünün, öldükleri zaman hayvanların beyinlerinde bir yerde işlev gördüğünü
gördük (Nörobiyologlar, genetik aktivite
modellerinin esas itibarıyla saat zaman ölçüsü esnasında değiştiğini ve bunun
ölümden saatler sonra da devam ettiğini biliyorlar). Biz insan beyninin
beyin atlasını oluşturmak için planlar yapmaya başladıkça, insan beyinlerinin
aynı şekilde yüksek seviyede genetik aktiviteyi gösterip göstermeyeceğini merak
ediyorduk ve daha da önemlisi, belirli aktivite modellerinin o farelerde
gözlemlediklerimizle hemen hemen aynı benzerliği gösterip göstermediğiydi.
İlk insan beynimizi 2009'un yazında,
beyni ailesi tarafından bağışlanan, bozulmamış organın virtüel 3 boyutlu
modelini yapmak için beyni MRI tarafından taranan ve daha sonra da normal RNA
modellerinde korumak için kazaen olan ölümünden 23 saat sonra tamamen dondurulan 24 yaşındaki siyahi
Amerikalı bir beyden aldık. Kendisi astımlı olması haricinde sağlıklıydı.
Fare beyni projesinin 3.000-kat büyüklük
artışıyla uğraşmada, gen dışavurumunu ölçmek için farklı bir yönteme geçtik:
Lekelenen ve ince detaylı donmuş beyin ince dilimlere ayrıldı. Anatomistler
daha sonra beyin boyunca önceden seçtiğimiz pozisyonlardaki yaklaşık 900
iskeletten mikroskobik örnekler kırpmak için lazerleri kullandılar.Moleküler
biyologlar; insan genomundaki her bir bireysel protein kodlayan gende mevcut
RNA miktarını aynı anda ölçen topluca üretilmiş dalgametreyi, yani DNA
mikroçipini kullanarak her bir örneği test ettiler.
Veriyi ilk beyinden bu yolla topladıktan
sonra, tüm sonuçları bilgisayar veritabanına yerleştirdik. Herhangi bir geni
seçebilir ve onun yanıt veren RNA'sının ne kadarının 900 iskelette mevcut
olduğunu ve bu sebeple o genin donör ölmeden önceki saatlerde ne kadar aktif
olarak dışavurulduğunu görebilirdik. Seçtikçe, çok farklı modeller açığa çıktı.
Şimdi gerçek keşif başlayabilirdi!
GRİ MADDENİN RENK
TONLARI
Veriyi daha evvel baştan sona ilk beyinde inceledikçe; beklenmedik bir
biçimde sol yarıküredeki gen dışavurum modellerinin yansıtıldığını, beynin sol
kısmının neredeyse tümünün matematik ve lisan gibi belirli fonksiyonlar için
uzmanlaşmış olduğunu ve sağ kısmın daha çok sanatsal yöne katkıda bulunduğunu,
yaratıcı düşüncenin popüler kültürde iyi şekilde oluşturulabileceğini gördük. Fakat bu beyindeki
genetik modellerde böyle farklılıklara dair hiçbir kanıt görmedik. Bu bulguyu
incelediğimiz ikinci beyinle teyit ettik. Sonuçlar şüpheleri o kadar ortadan
kaldırıcıydı ki; işlemden geçirdiğimizden beri, her dört beyinde de yalnızca
tek yarıküre üzerinde çalıştık. Bu keşif, atlas çizimini bir yıl veya biraz
daha fazla hızlandırdı.
Farelerde gördüğümüz gibi; incelediğimiz
farklı türlerdeki RNA transkriptlerinin yüzde 84'ü, genlerin büyük çoğunluğu
altı insan beyninde de bir yerde aktifti. Organ olağanüstü geniş aralıktaki
işleri yerine getiriyordu ve atlas, belli gen yığınlarının kendi belirli
fonksiyonlarına katkıda bulunarak her ana bölgede iş başında olduğunu gözler
önüne serdi. Üzerinde çalıştığımız beyinlerin donörleri erkeği ve kadını, genci
ve yaşlıyı, siyahi ve beyazı, ve de hispanik grubu kapsadı. Bazıları büyük,
diğerleri de daha küçük beyine sahipti. Bu farklılıklara rağmen, altı beynin
hepsi de yüksek seviyede uyumlu gen aktivitesi modellerine sahipti. Zamanın yüzde
97'den fazlasında, bir beynin bir kısmında yapılan pek çok RNA'yı gördüğümüzde,
aynı şey diğer çoğunlukta da meydana geliyordu.
Beynin çeşitli kısımlarındaki gen
aktivite dizilimlerini incelemeye başladık. Örneğin; insanların Serebral Korteks'te yüksek seviyede aktif
olanlara karşı sürüngenlerle paylaştıkları Orta Beyin'de (Eski Beyin'de) çok
kullanılan genleri karşılaştırdık. Nörologlar beynin daha ilkel kısımlarındaki
hücrelerin, Hipotalamus, Hipokampus ve ponslar (vücut ısısı, açlık, uzamsal hafıza
ve uykudan sorumlu iki organı birbirine bağlayan bağlar) gibi yapılardaki
hücrelerin bir diğerinden oldukça farklı davranan farklı çekirdeklere
kümelendiğini gördüler.Bu çekirdeklerin pek çoğunun farklı dizilimlerdeki
genleri dışavurduğunu keşfettik. Bu primer yapıların içerisi, aynı anda gürültü
yapan genetik seslerin ahenksizliğidir.
Öte yandan korteks, hem hücresel
yapısında hem de genetik aktivitesinde farklıdır. Korteks, gri maddenin altı
katmanıyla birlikte tabakaya düzenlenen çok çeşitli hücre türlerinden meydana
gelmiştir. Diğerlerine oranla yakın bir zamanda gelişmiştir ve insanlarda diğer
hayvanlardan farklı olarak, nispeten çok daha fazla göze çarpan bir şekilde
genişlemiştir.Gri madde, insan davranışı
ve bireysel kişiliğin özgün karmaşıklığını meydana getiren şeydir. Tabii ki
öğrenmeyi istedik: Beynin bu en insani davranışını yönlendiren kısmında,
korteksin bir kısmında bir diğerine karşı dışavurulan genler arasındaki muazzam
farklılıklardan fonksiyon karmaşası doğar mı? Buna rağmen Brodmann, korteksi
onlarca iyi tanımlanmış bölümlere ayırdı ve insan davranışında farklı rolleri
oynayan her bir bölümün uygulamaya konmuş paralel farklı gen takımlarından
meydana gelmesini ümit ettik.
Fakat atlas, yanıtın "hayır"
olduğunu ileri sürüyor: Kortekste herhangi belirlenmiş hücre türünün gen
aktivitesi, gri madde içerisinde alından kafatasının arkasına kadar dikkat
çekecek bir biçimde homojendir.
Her kortikal hücre türünün belirgin genetik imzaya sahip olduğunu
keşfettik. Ama beynin arkasındaki gözlerden gelen girdiyi işlemden geçiren görsel
korteksin dikkate değer isitisnasıyla, genetik coğrafyada önemli biçimde göze
çarpan sınırlar ortaya çıkmaktadır: Beynin alt kısmında duran Serebellum ve
insanlarda yakın bir zamanda genişleyen bir diğer yapı, benzer bir şekilde
homojenlik denizidir.
Bu sonuçların içlerinde iş başındaki
genler tarafından davranışı idare edilen belirli fonksiyonlara bağlı, korteksin
düzenli şekilde bölümlere ayırdığı Brodmann'dan ilham alan görüşle
uzlaştırılması zordur. Bunun yerine atlas, alternatif bir teoriyi
desteklemektedir: Genler; beynin
yüzeyinden korteksin altına kadar önceden belirlenmiş şekilde farklı türlerde
hücreleri düzenleyen korteksin küçük bir kolonunun temel mavi izini
(blueprint'ini) de, çeşitli hücre türlerini de belirlemektedirler. Fakat
korteks, bir bütün olarak o standart kolonun pek çok kopyasından meydana
gelmiştir. Korteksin tümüyle nasıl davrandığı; nöronların devrelerle bağlantılı
olmasının belirli yollarına ve o devrelere isabet eden uyarıcının bir Broadmann
bölgesinden bir diğerine olan genetik ativite değişiminde çok fazla bağlı
olduğunun görünmesidir.
DAHA ÇOK MAYMUNLARA
BENZİYORLAR
Hem fare hem de insan korteksindeki yaklaşık 1.000 aktif geni
karşılaştırdığımızda, yaklaşık üçte birinin bambaşka şekilde dışavurulduğunu
keşfetmek bizleri hayrete düşürmüştü: Örneğin; bazı genler bazı türlerde
sakindirler ama bir diğerinde değildirler, halbuki diğer pek çoğu farklı
oranlarda kullanılmıştı.
Fare ve insan arasındaki benzerliğin
derecesi önem taşımaktadır, çünkü
neredeyse tüm nörolojik deneyler ve ilaç örnekleri ilk olarak farelerde
uygulanmaktadır. Kemirgenler ucuzdurlar, çabuk büyürler ve kontrol edilmeleri,
incelenmeleri kolaydır. Buna rağmen, farelerde başarıya ulaşan terapiler
insanlardaki etkili tedavilere doğrudan çok az dönüştürülmektedir. İki tür
arasındaki gen dışavurumundaki çelişki bunun neden böyle olduğunu
açıklayabilir.
Çarpıcı tezat; şimdiye kadar resus
(makak) maymunları üzerinde analiz yaptığımız veri genlerin yüzde beşinden daha
azının onların beyinlerinde bizimkinden önemli ölçüde farklı bir şekilde dışa
vurulduğunu ileri sürmektedir. Konsorsiyumumuz maymunlar için olan beyin atlası
çalışması üzerinde hâlâ çalışmaktadır, böylece biz daha fazla veriyi biraraya
getirdikçe sayı değişebilir. Buna
rağmen; insan ve maymun beynindeki genetik aktivitenin temel olarak benzer
olduğu gözlemi, hücreler içindeki genetik aktivitedense, tür olarak ayırt edici
özelliğimizin muhtemel kaynağına, yine beyinlerimizin nöronları arasındaki
tellenmeye işaret etmektedir. Daha da fazlası; açık ki, insanlarla daha
yakından bağlantılı hayvanlar üzerinde çalışılması gerekli olandan farelerde,
örnek olabilecek ilaç hedeflerini ayırmaya yardımcı olmak için araştırmacılar
ve ilaç şirketlerinin eline insan beyniyle ilgili daha detaylı bir bilgi
vermeye ihtiyacımız var.
Fare beyin atlasını 2007'de piyasaya
sürdüğümüzden beri, 1.000'den fazla bilimsel çalışmada kullanılmıştır. 2010'da
ilk iki beyinle halk görüşüne açılan insan beyin atlası için bundan sonraki mantıksal adımlar, haritanın
çözünürlüğünü ve kapsamını geliştirmek olacaktır.Biz bireysel beyin
hücrelerindeki gen dışavurum modellerini ölçene kadar beyin fonksiyonundaki gen
aktivitesinin oynadığı rolü anlamayacağımızı öğrendik. Bunu yapmak, insan beyni
gibi büyük ve karmaşık bir organ için gerçekten büyük bir meydan okuyuştur.
Fakat, nörogenetikçilerin tek hücrelerden protein kodlayan RNA'yı ölçmesine
olanak sağlayan yeni teknolojiler ortaya çıkmaktadır. Bu aletler RNAların
proteinlere sebebiyet verip vermediğini aydınlığa kavuşturabilecek tüm kopyası çıkarılmış RNA parçalarının da
tespitine olanak sağlar. "Genomun kara maddesi" olarak adlandırılan,
beyinde önemli roller oynar. Allen Enstitüsü; Otizm, Alzheimer hastalığı ve
Parkinson hastalığı gibi beyin rahatsızlıklarını araştıran bilimadamlarına işi
kolaylaştırmak için, atlası kullanmak için tüm verimizi ve "Beyin
Gezgini" adı verilen üzerine tıklamalı bedava, kullanışlı çevrimiçini
yaptı.İnsan beyni fonksiyonunu genetik haritası aracılığıyla anlamanın bu başlangıç
girişimleri, umulmadık şekillerde inşa olmak için umarız yolu diğerlerine açar.
Çeviren: Esin Tezer
Scientific American Dergisi'nin Nisan 2014 sayısından çevrilmiştir.Sayfalar: 70-77
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder