Bu yazı https://alleninstitute.org/what-we-do/brain-science/news-press/articles/5-unsolved-mysteries-about-brain adresinden derlenmiştir.

Kendi beynimizi anlayabilir miyiz? Nörobilimciler, kat edecek daha çok yolumuz olduğunu söylüyorlar.

Allen Beyin Bilimi Enstitüsü Başkanı Christof Koch'a "Bir solucanın beynini bile anlamıyoruz" diyor.

Daha teknik olarak Caenorhabditis elegans olarak bilinen laboratuvar yuvarlak solucanı, mikroskobik gövdesinde 302 nöron ve bu nöronlar arasında 7.000 bağlantı barındırıyor. Araştırmacılar, son yıllarda tüm bu bağlantıları özenle haritaladı ve tanımladılar. Ve solucanın davranışlarına yol açmak için hepsinin nasıl sinerjik olarak çalıştığını hala tam olarak anlayamıyoruz.

Biz insanların beyinlerinde, tahminen 100 trilyon bağlantı veya sinaps ile birbirine örülmüş yaklaşık 86 milyar nöron var. Bırakın duyu sistemlerimizi, davranışlarımızı, bilincimizi oluşturmak için nasıl bir araya geldiklerini, bu hücrelerin nasıl çalıştığının ayrıntılarını anlamak bile göz korkutucu bir iştir.

1-      Beynin maddesi nedir?

Beyin en açık şekilde gri madde ve beyaz maddeden, beyin dokusundan ve onun ara bağlantılarından veya akson demetlerinden oluşur. Birincisine daha yakından bakın ve nöronlar ve glia (diğer tür beyin hücresi) ayırt edilebilir. Ancak tüm nöron türlerini ve diğer beyin hücrelerini yaptıkları düzeyde anlamaktan çok uzağız.

“Kaç farklı bileşen olduğunu anlamazsak, tüm şeyi nasıl anlayabiliriz?” diye soruyor Koch.

O ve meslektaşları bazen buna “beyin hücre tiplerinin periyodik tablosunu” keşfetmek olarak atıfta bulunurlar. Kimyagerlerin, maddenin yapı taşları olan bilinen 118 kimyasal elementi açıklayan organize bir tabloları var, ancak sinirbilimciler, beynin yapı taşlarının bu kadar iyi tanımlanmış bir sınıflandırmasından yoksunlar.

Bir şeyi kategorilere ayırarak anlamak insan doğası veya en azından birçok bilim insanının doğasıdır. Koch çocukken, yeni bir lego kutusuyla yaptığı ilk şey onları türlere ayırmaktı, dedi: "Tek tek, ikişer dörder , vb."

Nöronları sıralamak o kadar basit değil. Allen Beyin Bilimleri Enstitüsü araştırmacıları, bir beyin hücresi tipini tanımlamak için çeşitli özellikler kullanıyor. Enstitüdeki farklı ekipler, hücreleri açıp kapattıkları genlere, ayrıntılı şekillerine, bağlandıkları beyin bölgelerine ve benzersiz elektriksel davranışlarına göre ayırıyorlar. Ardından, tüm bu özelliklere dayalı beyin hücre tiplerini tanımlamak için tüm bu bilgileri bir araya getirmek gibi zor bir görev gelir.

2-      Beyin hastalıklarda nasıl değişiyor?

Beynin anlamanın büyük bir kısmı, araştırmacıların beyindeki hangi hücrelerin nörolojik ve psikiyatrik hastalıkların altında yattığını daha iyi anlayabilmeleridir. Birçok nöropsikiyatrik bozukluk, tüm beyni aynı şekilde etkilemez, daha ziyade belirli nöron sınıfları veya diğer beyin hücreleri tarafından yönlendirilir veya bunlar tarafından yönlendirilir.

Allen Beyin Bilimi Enstitüsü'nde nörobilimci olan Boaz Levi, "Şu anda, bu hastalıklarda hangi hücre tiplerinin savunmasız olduğunu anlamıyoruz" dedi.

Araştırmacılar beyin hücre tiplerinin tam listesini derlerse, hangi hücre türlerinin öldüğünü, kontrolden çıktığını veya beyin hastalıklarında yönünü değiştirdiğini görebilirler. Araştırmacılar daha sonra, hastalığı tetikleyen hücreleri ve muhtemelen hastalığın kalbindeki tek bir hücre tipini hedef alan tedavileri incelemek için daha iyi araçlar geliştirebilirler.

Allen Enstitüsü'nün farklı insan beyni hücre tiplerini inceleyen çalışmasının bir parçası olarak, Levi ve meslektaşları bu belirli hücreleri izole etmek ve izlemek için moleküler araçlar geliştiriyor. Bu araçlar, belirli gen tedavilerini veya diğer tedavileri doğrudan belirli bir hücre tipine ulaştırmak için potansiyel olarak tasarlanabilir. Allen Enstitüsü araştırmacıları şu anda Seattle Çocuk Araştırma Enstitüsü'ndeki bir ekiple, bu araçlardan birinin, genellikle tek bir hücredeki mutasyonun neden olduğu nadir fakat şiddetli bir erken çocukluk dönemi epilepsisi olan Dravet sendromunu tedavi etmek için kullanılıp kullanılamayacağını test etmek için işbirliği yapıyorlar.

3-      Nöronlar birbirleri ile nasıl iletişim kurarlar?

Biyoloji ders kitapları bize beynin sinapslar, iki farklı nöron arasındaki özel bağlantılar aracılığıyla iletişim kurduğunu söyler.

Allen Beyin Bilimi Enstitüsü'nde sinirbilimci olan Jack Waters, “Bunun beyindeki birçok nöron türü için doğru olduğuna inanıyoruz” dedi.

Nöronların çoğu, özel sinapslardan geçtiği bilinen nörotransmiterler, GABA veya glutamat olarak bilinen iki yaygın sinyal molekülünden birini kullanır. Ancak beyinde bulunan başka birçok sinyal molekülü türü vardır ve bu moleküllerin mesajlarını nasıl ilettiği net değildir.

Örneğin, çoğu nörolojik veya psikiyatrik ilacın etki ettiği molekülleri alın.

Waters, "İnsanların duyduğu tüm ilaçları gözden geçirirseniz, çoğu glutamat veya GABA üzerinde hareket etmiyor" dedi. "Opioidler veya antidepresanlar gibi ilaçlarla, aslında bu ilaçların etkileşime girdiği altta yatan moleküllerin mekanizmalarını anlamıyoruz."

Waters, çok geniş olduğu için cevaplaması zor bir soru olduğunu söyledi. Ancak IARPA MICrONS projesi olarak bilinen ortak bir proje aracılığıyla toplanan veriler yardımcı olabilir. Kısmen Allen Enstitüsü'nde yürütülen bu çalışma, yaklaşık bir milyar sinaps içeren bir kum tanesi büyüklüğünde fare görsel korteksinin bir parçasını haritalayarak, memeli beynindeki şimdiye kadarki en büyük bağlantı yol haritasını oluşturuyor. Waters, bu tamamlandığında, araştırmacıların hangi moleküllerin hangi sinapslarla gittiği bulmacasını bir araya getirmeye başlayabilirler, diyor.

4-      Beyin nasıl hesaplama yapar?

Beynin yapısını anlamak zorsa, bu milyarlarca bileşenin beynin tüm karmaşık davranışlarını sağlamak için nasıl bir araya geldiğini anlamak daha da zordur. Allen Beyin ekibi, bu karmaşıklığın küçük bir bölümünü yakalamayı amaçlıyor: Bir memelinin beyninin görsel bilgiyi nasıl temsil ettiği ve işlediği.

Sinirbilimciler, memeli beyninin görsel kısmını on yıllardır inceliyorlar, ancak çok yakın zamana kadar teknoloji, bir seferde yalnızca bir avuç nörondan bilgi yakalamalarına izin verdi. Koch, bir film izlemeye çalıştığınız ancak ekranda birkaç milyon pikselden yalnızca 1000 pikseli görebildiğinize benziyor, diye belirtiyor.

“Kimin kimi sevdiğini, kimin kimi arkadan bıçakladığını, sadece bu birkaç pikselden neler olup bittiğini çıkarmanız gerektiğini hayal edin” dedi. "Yakın zamana kadar sinirbilimde yaşadığınız durum buydu. Bir avuç nörondan kayıt yapar ve bazı ortak ilkeler çıkarmaya çalışırsınız.”

Gözlemevi ekibindeki araştırmacılar, şimdi gerçek zamanlı olarak ateşlenen on binlerce nörona bakıyorlar. İ hesaplama ilkelerine gelince? Koch, şimdiye kadar basit bir cevap görünmediğini belirtiyor.

5-      Beyni anlamak ne anlama gelecek?

Bir şeyi anlamayı düşündüğümüzde, genellikle onu nispeten basit bir şekilde açıklayabilmeyi düşünürüz. Kendisi de eski bir fizikçi olan Koch, bilimde, diğer alanlardaki araştırmacıların fiziğe bir anlayış modeli olarak baktıklarını söyledi. Fiziksel dünya, (nispeten) basit denklemlere indirgenebilecek soyutlamalara uygundur.

Ama ya biyoloji yapmazsa? Allen Enstitüsü'ndeki Koch ve diğerleri, beyni geniş ölçekte inceledikçe, beyindeki birkaç hücreye değil, çoğu hücreye baktıkça, sinirbilimin alanın çivilenmiş olduğunu düşündükleri bölümlerinin bile, daha fazla farkına varıyorlar. Herkesin fark ettiğinden daha karmaşık.

Koch, “Doğal seçilimle şekillenen karmaşık sistemleri anlamanın basit bir yolu olmayabilir” dedi. “Evrim zerafetle ilgilenmez. Beyin, anlamanı umursamıyor."

Peki, tıbbi araştırmaları beslemeye yardımcı olacak ve bizi biz yapan bu organ hakkındaki merakımızı giderecek bir beyin anlayışına nasıl ulaşabiliriz? Koch, daha fazla hesaplama gücü gerektirebileceğini söyledi. Bilgisayar modelleri yardımcı olabilir, ancak bulmacanın her küçük parçasını açıklamak için birçoğuna ihtiyacımız olabilir. Veya sadece büyük verinin gücünü benimsemek anlamına gelebilir.

İyi haber şu ki, teknoloji, bu verileri daha büyük miktarlarda toplayıp depolayabileceğimiz bir noktaya geldi. Ve son yıllarda, kısmen Ulusal Sağlık Enstitüleri aracılığıyla 2013 BRAIN Girişimi sayesinde, sinirbilime artan bir ilgi ve fon sağlandı.

Koch, "Bu, beyin biliminin altın çağı" dedi. "20 yıl önce gerçekten düşünülemez olan soruların peşine düşebileceğimiz - bizimki gibi - çok daha fazla kaynak ve enstitü var."…

Yazının dışında

Bence 6. Problem olarak (zor problem olarak adlandırılan) bilinç problemi eklenebilir. Deneyim problemi mi yoksa sinirsel iletimle ilgili bir ayrım mı? Multidisipliner bir çalışma gerektiren bilinç problemi fizikalist düşünceyi, felsefeyi, biyolojiyi, kimyasal reaksiyonları ve tabi ki sinirbilimi kapsıyor.

Tüm bunlar bilinen evrendeki en tuhaf yapıyı yine kendisi ile araştırmamızı gerektiriyor; büyük bir gizemi kendisi ile çözmeye çalışmak, bilimin en harika problemlerinden biri…