Bu büyük ilerleme, beynimizin görsel bilgiyi nasıl işlediğini ve her gün gördüğümüz görüntüleri nasıl yeniden oluşturduğunu anlamaya yönelik temel bilim açısından kritik bir adım olarak görülüyor.

Fare Beynindeki Bağlantıların ve Görsel Algının Ayrıntılarının Haritası Çıkarıldı

Memelilerde Beynin Bilgi İşlemesi

İnsan beyninde bilgi işleme, 86 milyar nöronun birbirleriyle trilyonlarca bağlantı kurarak elektriksel sinyallerle iletişim kurması sayesinde gerçekleşiyor. Düşünmemizi, hissetmemizi ve hareket etmemizi sağlayan sırlar, bu karmaşık bağlantı ağı ve milisaniyeler içinde iletilen elektriksel sinyallerin hareketinde gizli.

Mevcut bulgular beynin yalnızca küçük bir kısmına odaklansa da, hücreler arasındaki karmaşık bağlantıları ve bu bağlantıların nasıl işlevsel tepkiler oluşturacak şekilde düzenlendiğini ortaya koyuyor. Daha önce ulaşılması imkansız görünen bu bilgiler, beynin normalde nasıl çalıştığını anlamamıza yardımcı olabilir ve çeşitli hastalıklar ya da yaralanmalar sonucu nelerin ters gittiğine dair bir rehber niteliği taşıyabilir.

Çalışmanın Detayları

Çalışmayı gerçekleştirmek için, araştırmacılar, nöronları ateşlediğinde ışık yayan şekilde genetik olarak değiştirilmiş farelere video klipler izletti. Görme ile ilgili beyin yüzeyindeki bölgelerdeki nöronların ateşleme desenleri, yaklaşık bir kum tanesi büyüklüğünde olan bir milimetreküp alanda optik olarak kaydedildi. Bu küçük doku parçasının içinde olağanüstü bir karmaşıklık yatıyor: sinir hücrelerinin birbirleriyle iletişim kurmak için kullandığı uzantılar olan aksonların toplam dört kilometresi, 200.000’den fazla hücre arasında 524 milyondan fazla bağlantı (sinaps) oluşturacak şekilde iç içe geçmiş durumda.

Bu bağlantıların haritalanması için ekipler, 12 gün boyunca günde 12 saatlik vardiyalarla çalışarak, beyin dokusunu elektron mikroskoplarıyla (EM) ultra ince kesitler halinde dikkatle kesti ve görüntüledi. En zorlu aşama, yaklaşık 28.000 EM görüntüsünü doğru bir şekilde birleştirerek doku hacmi boyunca bağlantıların hizalanmasını sağlamaktı. Bu işlemin ardından, bağlantıların derin öğrenme algoritmalarıyla aylar süren izlenmesi ve hem manuel hem de otomatik olarak doğrulanması geldi. Görsel bilgi işlemesini açıklayan derin öğrenme modelleri oluşturuldu ve doğrulandı. Bu küçük haritayı oluşturmak için toplanan veri miktarı toplamda 1.6 petabaytı buldu – bu da yaklaşık 22 yıl kesintisiz HD video kaydına eşdeğer.

Fare Beyninin Atlası Çıkarıldı

Bu atlas, 32 milyondan fazla hücrenin türlerini ve konumlarını içeriyordu. Geçtiğimiz yıl ise, aynı girişimin “Flywire” projesi, yaygın meyve sineği beyninin eksiksiz haritasını çıkardı ve bir beynin tamamının haritalanmasının ne kadar değerli olduğunu gösterdi.