Allan Jones: Beynin haritası

İnsanlar çok uzun zamandır insan beynine hayran kalmıştır. Onun şemasını çıkardık, onu tanımladık, resimlerini çizdik ve haritasını çıkardık. Tıpkı dünyamızın teknolojiden büyük oranda etkilenen haritaları gibi -- Google Haritalar'ı, GPS'i düşünün -- aynı şey, dönüşümle beynin haritalanmasında da gerçekleşmektedir.

Şimdi beyne bir göz atalım. Çoğu kimse, ilk kez taze bir insan beyni gördüğünde "Biri size bir beyin gösterdiğinde gördüğünüz şeye benzemiyor." der. Genellikle, gördüğünüz şey fikse edilmiş bir beyindir. Gri renktedir. Bu dış tabaka, insan beyninin etrafındaki, olağanüstü damar sistemidir. Bunlar kan damarlarıdır. Akciğerlerinizden gelen oksijenin yüzde 20'si, kalbinizden pompalanan kanın yüzde 20'si, yalnızca bu organa gitmektedir. İki yumruğunuzu yan yana koyarsanız, iki yumruğunuzdan biraz daha büyüktür.

Bilimadamları, 20. yüzyılın sonlarında girişimsel olmayan yöntemlerle kan akışını takip ederek insan beyninin neresinde aktivite olduğunu haritalamanın mümkün olduğunu keşfettiler. Örneğin beynin arka tarafındaki aktiviteyi görebiliyorlar -- ekranda görmek üzere olduğunuz alan. İşte beyincik; şu anda sizi dik tutuyor. Benim ayakta durmamı sağlıyor. Hareket koordinasyonunda görev alır. Burada, yan tarafta, işte temporal korteks. Bu alanda birincil işitsel işlemler -- yani söylediklerimi duyuyorsunuz, yüksek dil işlem merkezine gönderiyorsunuz. Beynin ön tarafına doğru daha karmaşık düşüncelerin, karar verme işleminin gerçekleştiği -- erişkinlik döneminin sonlarında, en son olgunlaşandır. Burası tüm karar verme süreçlerinizin gerçekleştiği yerdir. Tam şu anda, büyük ihtimalle akşam yemeğinde biftek ısmarlamayacağınıza karar vermek için kullamakta olduğunuz bölge.

Beyne daha derinlemesine bakarsak, kesite bakarsak, fark edeceğiniz üzere burada pek fazla yapı görülemiyor. Ancak aslında çok fazla yapı mevcut. Tüm hücreleri ve tüm kabloları birbirine bağlanmış durumdadır. Yaklaşık yüz yıl kadar önce bilimadamları, hücreleri boyayan bir tür boya icat ettiler. Burada çok açık mavi renkte görülümektedir. Normal hücrelerin boyandığı alanları görebiliyoruz. Ve ne kadar tekdüze olmadığını görebiliyoruz. Burada çok daha fazla yapı görüyoruz. Beynin en dış bölümü neokortekstir. Tek parça, bütünleşik bir işlem birimi diyebiliriz. Fakat altında da bir şeyler görebiliyoruz. Tüm bu boş alanlar içinden kabloların geçtiği alanlardır. Büyük olasılıkla daha düşük hücre yoğunluğu mevcuttur. Beynimizde 86 milyar nöron vardır. Gördüğünüz üzere tekdüze olmayan bir şekilde dağılmışlardır. Dağılımlarının altta yatan fonksiyonlara bütük katkısı vardır. Tabii ki, daha önce de bahsettiğim üzere, artık beyin fonksiyonlarının haritasını çıkarmaya başlayabildiğimize göre bu fonksiyonları tek tek hücrelerle ilişkilendirebiliriz.

Şimdi biraz daha derinlemesine bakalım. Nöronlara bakalım. Daha önce de belirttiğim üzere, 86 milyar nöron var. Aynı zamanda, göreceğiniz üzere, daha ufak hücreler de var. Bunlar destek hücreleridir -- astrosit glia. Uyarıyı alanlar sinirlerin kendileridir. Uyarıyı depoluyorlar, işliyorlar. Her bir nöron, sinapslar aracılığıyla 10.000'e kadar nörona birden bağlı olabilmektedir. Her bir nöron büyük ölçüde özgündür. Hem beyindeki bir topluluğa dahil olarak, hem de tek başlarına ele alındıklarına, nöronların özgün karakterleri altta yatan biyokimyalarının temel özellikleri tarafından şekillenir. Bunlar proteinlerdir. İyon kanal hareketleri gibi şeyleri kontrol eden proteinlerdir. Sinir sistemi hücrelerinin ne ile ortaklaşa çalışacağını kontrol ederler. Temelde bu proteinler sinir sisteminin yapması gereken her şeyi kontrol ederler.

Daha derinlere doğru inersek bütün bu proteinler genomlarımız tarafından kodlanırlar. Her birimizin 23 çift kromozomu var. Bir çifti annemizden, diğerini babamızdan alırız. Bu kromozomlarda yaklaşık 25.000 gen var. DNA'da kodlanmışlardır. Herhangi bir hücrenin temel biyokimyasını belirleyen etkenler bu 25.000 genin hangilerinin ve hangi seviyede aktive olduğu ile belirlenir.

Projemizde bu sonuçlara bakarak 25.000 genin hangilerinin aktive olduğunu anlamayı amaçlıyoruz. Böyle bir proje için doğal olarak beyinlere ihtiyacımız var. Biz de laboratuar teknisyenimizi yolladık. Normal insan beyni arıyoruz. Aslında adli tabibin çalışma odası ile başladık. Burası ölen insanların getirildiği yer. Normal insan beyni arıyoruz. Beyinleri seçmede kullandığımız bir çok ölçüt var. 20 ila 60 yaş arası doğal bir nedenden ölmüş beynine hiç zarar gelmemiş psikiyatrik hastalık geçmişi olmayan hiç narkotik ilaç kullanmamış -- -- toksikolojik tetkik yapıyoruz -- normal insanlar olduğundan emin olmak istiyoruz. Aldığımız beyinlerle çok dikkatli oluyoruz. Ayrıca, ölümü takiben 24 saat içinde dokuyu alabileceğimiz, dokuyu almak için izin alabileceğimiz beyinleri seçiyoruz. Çünkü ölçmeye çalıştığımız şey, yani RNA -- genlerimizin çıktısı -- son derece kararsızdır, dolayısıyla hızlı hareket etmemiz gerekiyor.

Beyinlerin toplanmasına dair ufak bir not: toplama yönetimimiz ve rıza gerekliliği nedeniyle, elimizde kadın beyninden çok erkek beyni mevcut. Erkeklerin, hayatlarının en aktif zamanlarında bir kaza sonucu ölme ihtimalleri çok daha yüksektir. Ve erkeklerin, sevgili veya eşlerinin rızalarının alınması tam tersine göre daha olasıdır.

(Kahkahalar)

Beyni alacağımız yerde yaptığımız ilk iş MR çekmek oluyor. Manyetik rezonans görüntüleme -- MRG. Bu MR görüntüsü, geri kalan tüm verileri üzerine yerleştireceğimiz bir şablon görevi görüyor. MR çekiyoruz. Bunu haritamızın bir uydu görüntüsü olarak düşünebilirsiniz. Bir sonraki adımımız difüzyon tensör görüntülemesidir. Bu beyindeki büyük kabloların bir harıtasıdır. Bunu da şehirlerarası geniş yolların haritasını çıkarmak olarak düşünebilirsiniz. Beyin kafatasından çıkarılır ve bir santimetrelik dilimlere ayrılır. Bu dilimler kaskatı dondurulur ve Seattle'a gönderilir. Seatlle'da bu dilimleri alıp -- bu bütün bir insan beyninin yarısıdır (hemisfer) -- bir anlamda "kaliteli bir et dilimleme makinesi"ne koyuyoruz. Bu makinedeki bıçak, bir doku bölümünü boydan boya keser ve bir lama aktarır. Daha sonra o boyalardan birini uygulayıp tarama yapacağız. Böylece ilk haritamızı elde etmiş oluyoruz.

Bu noktada uzmanlar devreye giriyor ve temel anatomik hatları belirliyorlar. Bu geniş hatları, eyalet sınırları olarak düşünebilirsiniz. Bu belirlemelere göre beyni, daha ufak kriyostatlara koymak üzere daha küçük parçalara ayırabiliyoruz. Ekranda da gördüğünüz üzere -- donmuş bir doku kesilmekte. Kesit kalınlığı 20 mikron, yani bir bebeğin saç teli kalınlığında. Unutmayın, doku donmuş durumda. Burada da gördüğünüz üzere eski bir teknoloji olan boya fırçası tekniği uygulanıyor. Bir lam alıyoruz. Çok dikkatli bir şekilde eriterek lamın üzerine koyuyoruz. Daha sonra dokunun üzerinde bulunduğu lama bir robot aracılığıyla boya uygulanacak. Sonra anatomi uzmanlarımız daha detaylı inceleme yapacak.

Bu da mikroskop altında gördükleri görüntüdür. Kümeler içinde, çeşitli bölgelerde büyük ve küçük hücre toplulukları ve düzeni görüyoruz. Bu noktadan sonrası rutin oluyor. Nereleri belirlemeleri gerektiğini biliyorlar. Yani bir referans atlası oluşturabiliyorlar. Bu daha detaylı bir harita oluyor.

Daha sonra bilimadamlarımız dokunun başka bir parçasına geçip lazer yardımlı mikrodiseksiyon denen tekniği uyguluyorlar. Teknisyen talimatları alır. Bu şekilde işaretleme yapar. Sonra da lazer, kesme işlemini gerçekleştirir. Orada mavi noktanın olduğu yerin kesildiğini görebilirsiniz. Kesilen doku aşağı düşer. Lamın üzerinde gördüğünüz gerçek zamanlıdır. Kesilen doku aşağıda duran bir toplama kabına düşer. O dokuyu alıp basit bir teknik kullanarak içindeki RNA'yı arıtır ve floresan işaretleme yaparız. İşaretlenmiş maddeyi alır ve mikrodizi denen bir şeye koyarız.

Şimdi, size yalnızca bir sürü nokta gibi gözüküyor olabilir. Fakat bu noktaların her biri aslında cam üzerinde saptadığımız özgün birer insan genomu parçasıdır. Burada yaklaşık 60.000 öğe var ve biz de, genomdaki 25.000 gen içinden çeşitli genleri tekrar tekrar ölçeriz. Bir numune alıp hibridize ettiğimizde numune içinde hangi genlerin aktive olduğunun sayısal olarak, özgün bir parmak izini elde ederiz.

Bu işlemi elimizdeki tüm beyinler için sürekli tekrarlıyoruz. Her bir beyinden binin üzerinde numune alıyoruz. Burada gösterilen bölgeye hipokampus deniyor. Bu bölge öğrenme ve hafıza işlemlerinde görev alır. Ve bu bölge, topladığımız bin numunenin yalnızca 70 kadarını oluşturur. Her bir numune bize 50.000 veri göstergesi sağlıyor ve tekrarlanan ölçümlerle, bin numune.

Yani bir insan beyni için elimizde yaklaşık 50 milyon veri göstergesi oluyor. Şu ana kadar iki insan beyni değerinde veri topladık. Tüm bu verileri tek bir şeyde topladık ve ortaya çıkan sentezin nasıl bir şey olduğunu size göstereyim. Dünyanın her yerindeki bilimadamlarına ücretsiz olarak açık geniş bir veri bankası. Bu aracı kullanmak, veri toplamak, ilginç şeyler keşfetmek için giriş bile yapmaları gerekmiyor. İşte bir araya getirdiğimiz araç. Önceden topladığımız şeyleri fark edeceksiniz. İşte MR görüntüsü. Ana iskeleti oluşturuyor. Sağ tarafta görüntüyü döndürmenize, yakınlaştırmanıza, her bir yapıyı tek tek seçmenize olanak sağlayan bir kontrol paneli var.

Fakat en önemlisi şimdi, insanların genlerin nerede aktive olduğunu anlayabilecekleri genel bir iskelet olan bu anatomik iskeleti haritalandırıyoruz. Kırmızı renkler bir genin yüksek seviyede aktive olduğu yerler. Yeşik renkler ise o genin aktive olmadığı soğuk bölgeler. Her bir gen bize bir parmak izi veriyor. Unutmayalım ki genomdaki 25.000 genin her birini çözümledik ve tüm veriler elimizde mevcut.

Peki, bilimadamları bu veriler hakkında ne öğrenebilir? Biz de bu verilere yeni yeni bakmaya başladık. Anlamak isteyebileceğiniz iki ana şey var. İki önemli örnek ilaçlardır; Prozac ve Wellbutrin. Bunlar sıklıkla reçetelendirilen antidepresanlardır. Şimdi, genleri çözümlediğimizi unutmayalım. Genler, protein yapımı için gerekli talimatları gönderirler. Proteinler ilaçlar için birer hedeftir. Yani ilaçlar proteinlere bağlanır ve de-aktive ederler, vs. Bu durumda, ilaçların etkilerini anlamak istiyorsanız neden istediğiniz şekilde etki gösterdiklerini ve göstermediklerini anlamanız gerekir. Yan etki profili gibi şeylerde o genlerin nerede aktive olduğunu görmek istersiniz. İlk defa bunu gerçekten yapabiliyoruz. Bunu çözümlediğimiz diğer bireylerde de yapabiliyoruz.

Yani şimdi, beynin içine bütünüyle bakabiliyoruz. Bu özgün parmak izini görebiliyoruz. Ve doğrulayabiliyoruz. Gerçekten genin aktive olduğunu doğrulayabiliyoruz -- Prozac gibi bir ilaç için, serotonerjik yapılarda, etkilendiğini bildiğimiz şeyler için -- ama aynı zamanda herşeyi bütünüyle görebiliyoruz. Daha önce kimsenin bakmamış olduğu bölgelere bakabiliyor ve o bölgelerde bu genlerin aktive olduğunu görebiliyoruz. Bir yan etkinin olabildiği kadar ilginç. Bununla yapabileceğimiz bir başka şey ise, bu bir patern eşleştirme egzersizi olduğundan, özgün bir parmak izi olduğundan, tüm genomu tarayıp benzer parmak izi olan başka proteinler de bulabiliyoruz. Örneğin ilaç keşfi üzerine çalışıyorsanız, belki de tüm genom listesine bakıp daha iyi ilaç hedefleri bulabilir ve kullanımı optimize edebilirsiniz.

Birçoğunuz, tüm genomu kapsayan ilişkilendirme çalışmaları sayesinde ortaya çıkan "Bilimadamları A'yı etkileyen gen veya genleri keşfetti." gibi haberleri görüyorsunuzdur. Bu tür çalışmalar bilimadamları tarafından düzenli olarak yayınlanıyor ve bu yayınlar çok güzel. Geniş popülasyonları analiz ediyorlar. Tüm genomlarına bakıyor ve nedensel olarak genlere bağlı yoğun aktivite bölgeleri bulmaya çalışıyorlar. Ancak bu tür bir çalışmadan elde edebileceğiniz şey en basitinden bir gen listesidir. Size ne olduğunu gösteriyor ama nerede olduğunu göstermiyor. Dolayısıyla bu kaynağı yaratmış olmamız o araştırmacılar için çok önemli. Şimdi bu kaynak ile aktiviteler hakkında bir fikir edinmeye başlayabilirler. Daha önce bakamadıkları yollarla genel yolaklara bakabilirler.

Sanırım özellikle buradaki dinleyiciler bireyselliğin önemini anlayabilirler. Bence her insan -- hepimizin genetik alt yapısı farklı, hepimizin ayrı hayatları var. Aslında genomlarımız yüzde 99'dan daha yüksek bir oranda benzerdir. Genetik seviyede benzeriz. Şimdi ise, aslında beyin biyokimyası seviyesinde bile çok benzer olduğumuzu anlıyoruz. Bu da yüzde 99 olmadığını, mantıklı bir ayırma noktası ile yaklaşık yüzde 90 olduğunu ve bulutun içindeki herşeyin yaklaşık olarak ilişkili olduğunu gösteriyor. Sonra, bulutun ötesinde bulunan bazı aykırı değerler buluyoruz. Bu genler ilginç ama hemen göze çarpmıyorlar. Bugün öğrendiğimiz önemli bir şey varsa o da her ne kadar tüm farklılıklarımızı vurguluyor olsak da aslında beyin seviyesinde bile çok benzer olduğumuzdur.

Şimdi, bu farklılıklar neye benziyor? Bu, o farklılıkların tam olarak ne olduğunu görebilmek ve takip edebilmek için yaptığımız bir çalışmadan bir örnek -- ve o farklılıklar hiç göze batmayacak türde. Bunlar, belli bir hücre tipinde genlerin aktive olduğu yerler. Bulduğumuz bu iki genin iyi birer örnek olduğunu düşünüyoruz. Birine RELN adı veriliyor -- erken gelişim tetiklerinde görev alıyor. DISC1 şizofrenide silinen bir gendir. Bunlar şizofrenik bireyler değiller ama bazı popülasyon varyasonları sergiliyorlar. Burada donör bir ve donör dörtte gördüğünüz, diğer ikisine göre istisna olan şey, genlerin çok spesifik bir hücre altkümesinde aktive olduğudur. Burada bize genin aktive olduğunu gösteren şey, hücrenin içindeki koyu mor çökeltidir. Bunun, bireyin genetik alt yapısına veya deneyimlerine bağlı olup olmadığını bilmiyoruz. O tür çalışmalar çok daha geniş popülasyon gerektirir.

Size beynin karmaşıklığına ve daha ne kadar çok yolumuz olduğuna ilişkin bir not ile veda etmek istiyorum. Bence bu kaynaklar olağanüstü derece değerli. Araştırmacılara nereye yöneleceklerini gösteriyor. Fakat şu ana kadar incelediğimiz bireylerin sayısı çok az. Kesinlikle daha fazla bireyi inceliyor olacağız. Araçların elimizin altında olduğunu ve bu konunun gerçekten keşfedilmemiş, ortaya çıkarılmamış bir kıta olduğunu söylerek konuşmamı sonlandırmak istiyorum. Bu yeni sınırlarımızdır. Beynin karmaşıklığı karşısında mütevazı ama cesur olanlar; gelecek sizleri bekliyor.

Teşekkürler.

(Alkışlar)