Gelişen beynin ilk haritası, ruhsal bozuklukların kökenine dair bir fikir veriyor.

İnsanlık, binlerce yıl boyunca Ay'ı hayranlıkla, hatta sözde kötücül etkisiyle dehşete düşerek izledi; ta ki zengin bir bira üreticisinin oğlu olan Polonyalı Johannes Hevelius , şimdi Gdansk olan yerde ev yapımı bir teleskop yapıp her gece bu tuhaf dünya dışı dünyayı inceleyip çizene kadar. 1647'de Ay'ın ilk haritaları kitabını yayınladı. 40 yaşındaki sinirbilimciTomasz Nowakowski , Hevelius ile aynı şehirde büyüdü ve bu Çarşamba günü beynin gelişim aşamalarını (embriyodan yetişkine) gösteren bir haritanın ilk taslağını hazırlıyor. Araştırmacı, kendisini öncü haritacılardan biri gibi hissettiğini söylüyor. EL PAÍS'e yaptığı açıklamada, "Ay yüzeyinin bir haritası olmasaydı insanlar Ay'a ulaşamazdı. Tarihteki tüm büyük ilerlemeler ve başarılar, doğru haritaların oluşturulmasıyla başladı."

Nowakowski, Başkan Barack Obama tarafından 2013 yılında başlatılan ve halihazırda yaklaşık 4,5 milyar avroluk devasa bir bütçeye sahip olan, insan beynini haritalamayı amaçlayan BRAIN Girişimi'nin kilit isimlerinden biri. Kaliforniya Üniversitesi, San Francisco'dan Nowakowski, "Düşüncelerimize, fikirlerimize ve hayal gücümüze hayat veren beyin, keşfedilmemiş en önemli nesne olmaya devam ediyor. Onu anlamak için, öncelikle bileşenlerinin listesini anlamamız gerekiyor," diyor.

Görev çok büyük. Hamilelik sırasında tek bir hücre -sperm tarafından döllenen yumurta- çoğalır ve üçüncü haftadan itibaren ilkel bir sinir sistemi gelişimi başlar ve bu süreç, 86 milyar nöron ve aralarında trilyonlarca bağlantı bulunan bir beyinle sonuçlanır. Fetüsün kafatasındaki bu akıl almaz koreografide, bazı hücreler genellikle farklı yollar izler. Nowakowski, çocuk ve ergenlerin %15'inin otizm, şizofreni ve dikkat eksikliği hiperaktivite bozukluğu (DEHB) gibi nörogelişimsel bir bozuklukla yaşadığını hesaplayan tahminlere atıfta bulunuyor.

Uluslararası bir konsorsiyum, her hücrede hangi genlerin aktif olduğunu analiz edebilen en son teknolojileri kullanarak, gelişmekte olan beynin dinamik haritasının ilk taslağını oluşturdu. Nowakowski, "İnsan dokuları, cerrahi işlemlerden veya normalde atılacak olan ölüm sonrası beyinlerden elde edilebilir. Hücreler dokudan yeterince hızlı bir şekilde izole edilirse, birkaç saat veya bazı durumlarda birkaç gün boyunca in vitro kültüre alınabilirler. Bu bize insanlardaki gelişim süreçlerini incelemek için eşsiz bir fırsat sunuyor," diyor. Kısırlık kliniklerinden veya yeniden programlanmış yetişkin hücrelerden elde edilen sözde pluripotent kök hücreler , araştırmacıların artık laboratuvarda beyin gelişiminin erken aşamalarını taklit etmelerine olanak tanıyor.

Yeni bulgular, hamilelik sırasında beyin tümörü veya nörogelişimsel anormallik geliştirme riskinin hangi noktalarda en yüksek olduğunu anlama yolunda ilk adım niteliğinde. Nowakowski, otizm ve şizofreni gibi bozukluklarda rol oynayan genlerin, gebeliğin sonunda, yani farelerde veya diğer laboratuvar hayvanlarında meydana gelenlerden en farklı aşamalarda en yoğun şekilde aktive olduğunu açıklıyor. İnsan beyninin nasıl geliştiğini anlamak için kendi atlasımıza sahip olmak şart.

Beyin, her biri işlevinde son derece uzmanlaşmış binlerce hücre alt tipi içerir: düşünceden sorumlu nöronlar , destek sağlayan astrositler , sinir yolları için yalıtım tabakası görevi gören oligodendrositler ve sinir sistemindeki kalıntıları temizleyen mikroglia . Konsorsiyum, fetal gelişim sırasında hücrelerin kimlikleri konusunda dikkat çekici derecede esnek olduklarını ve bu sayede yetişkin beyninde bulunan diğer hücre tiplerine farklılaşabildiklerini buldu. Bu esneklik aynı zamanda onların zayıflığıdır. Araştırmacılar, gebeliğin ikinci üç ayında mevcut olan ve nöronlar, oligodendrositler veya astrositler üretebilen bir tür progenitor hücre tanımladılar. Tedavisi olmayan bir beyin kanseri olan glioblastoma , bu progenitor hücreye benzer hücreler içeriyor ve bu tümörün kökenine dair bir ipucu sunuyor.

BRAIN Girişimi Hücre Atlası Ağı adı verilen konsorsiyum, bu Çarşamba günü Nature dergisinde yayınlanan yarım düzine çalışmanın sonuçlarını duyurdu. Giriş metninin açılış satırı, 1888'de Barselona'da mikroskop ve tavuk beyinciğiyle donatılmış olarak sinir sisteminin ayrı hücreler halinde organize olduğuna dairilk nesnel kanıtı sunan İspanyol Santiago Ramón y Cajal'ın çalışmasını hatırlatıyor. Nowakowski, "Modern sinirbilimin neredeyse tamamı Cajal tarafından önerilen kavramlara dayanıyor" diyor. "Hâlâ nasıl çalışacağımızı bilmediğimiz yönlerde bile vizyon sahibiydi. Vizyonunun önümüzdeki yıllarda da yankı bulmaya devam edeceğinden eminim" diye ekliyor Kaliforniya Üniversitesi'nden profesör.

İspanyol nörobilimci Rafael Yuste, BRAIN Girişimi'nin merkezindeydi . Eylül 2011'de bir gün, İngiliz Chicheley Hall malikanesinde, beyin veya milimetrenin milyonda biri boyutundaki yapıların incelenmesi konusunda uzman yirmi dört kişiyle olası iş birliklerini görüşmek üzere bir araya geldiğini anlatıyor. Yuste ayağa kalkıp bir tartışma başlattı: Tüm nöronları tek tek analiz etmeyi önerdi. Sadece birkaçını incelemenin, tek bir pikseli gözlemleyerek televizyon izlemeye benzediğini söyledi. Bunun imkansız olduğunu savunan sesler arasında, 1984'ten beri insan DNA'sını dizileme projesine liderlik eden Amerikalı genetikçi George Church ayağa kalktı ve bilimde "hiçbir şey imkansız değildir" dedi. Beyaz Saray bu öneriyi kabul etti ve Obama 2013 yılının başlarında projeyi resmen duyurdu : "İnsanlar ışık yılları uzaklıktaki galaksileri tespit edebiliyor, bir atomdan daha küçük parçacıkları inceleyebiliyor, ama iki kulağımızın arasında bulunan bir buçuk kilo maddenin sırrını henüz çözemedik."

Columbia Üniversitesi'nde (ABD) profesör olan Yuste, girişimin son sonuçlarından heyecan duyuyor. "Gelişim sürecindeki hücre tiplerinin bu atlası, yalnızca beynin nasıl geliştiğini bilimsel olarak anlamak için değil (dış talimatlar olmadan bir araya gelip kendi kendini organize edebildiği düşünüldüğünde kesinlikle büyüleyici bir şey), aynı zamanda hamilelik sırasında ve yaşamın erken evrelerinde meydana gelen değişiklikleri ve patolojileri anlamak için temel bilgiler sağlaması açısından da önemli," diyor. Madrid'deki gelecekteki Ulusal Nöroteknoloji Merkezi'nin (Spain Neurotech) arkasındaki itici güç olan Yuste, "Bu sonuçlar, yeni yöntemlerin geliştirilmesi ve uygulanmasına sürekli yatırım yapmanın bilim ve tıp için ne kadar önemli olduğunu gösteriyor," diye vurguluyor.

İki yıl önce, sinirbilimci Hongkui Zeng'in ekibi yetişkin fare beyninin en eksiksiz haritasını sundu: Bezelye büyüklüğünde, sadece 70 milyon nöron ve 5.300 hücre tipinden oluşan bir organ . Zeng ve Seattle'daki Allen Beyin Bilimi Enstitüsü'ndeki meslektaşları, şimdi sinir sisteminin işleyişi için gerekli olan hücrelere odaklandı: Beyni frenleyen ve bilgi iletimini kolaylaştırmak için aktivitesini azaltan inhibitör GABAerjik nöronlar . Araştırmacılara göre, bu nöronlar doğumdan sonra, özellikle öğrenme, duygular ve karar alma ile ilgili beyin bölgelerinde gelişmeye devam ediyor. Allen Enstitüsü bir açıklamada, "Bu, özellikle gelişimsel bozuklukları olan çocuklarda, beynin kendini yeniden düzenlemesine yardımcı olmak için daha önce düşünülenden daha uzun bir süre olabileceği anlamına geliyor" diye vurguladı.

Sinirbilimci Guillermina López Bendito, kendi alanında "nitel bir sıçrama"dan bahsediyor. Alicante'deki Sinirbilimler Enstitüsü'nden araştırmacı, "Şimdiye kadar, çoğunlukla yetişkin beyinlerin hücre atlasları vardı ve bunlar hücresel kimliğe dair statik bir bakış açısı sağlıyordu. Bu makale koleksiyonu, bu anlık görüntüyü hareketli bir filme dönüştürüyor: Gelişmekte olan beynin zamansal gelişimini ve hücre soylarını yeniden yapılandırıyor," diyor.

López Bendito, beyin hücreleri arasındaki inanılmaz derecede yoğun bağlantı ağını anlamaya çalışan bir laboratuvarı yönetiyor. Katılmadığı konsorsiyumun, farelerden insanlara kadar farklı memeli türlerinin haritalarını çizerek, yeni nöron üretiminin daha uzun sürmesi ve doğumdan sonra serebral korteksin çeşitlenmesi gibi insanların ve diğer primatların belirli özelliklerini belirlediğini vurguluyor. Sinirbilimci, "Bu zamansal farklılıklar, hem insan bilişsel yeteneklerinin hem de gelişim sırasında genetik mutasyonlara veya çevresel bozulmalara karşı daha savunmasız olmamızın altında yatıyor olabilir," diye belirtiyor.

Santiago Ramón y Cajal, 1888'de mikroskobuyla tek başına, beyni milimetre milimetre haritalamak gibi imkânsız bir göreve girişti. Çalışmaları, 1904'te, "Nöroloji yapısının kusursuz bir şekilde tamamlanması hâlâ yüzyıllar sürecek bir çalışma gerektirecek" uyarısını da içeren 1.800 sayfalık devasa bir eser olan *İnsan ve Omurgalıların Sinir Sisteminin Dokusu * adlı eserinin yayınlanmasıyla doruk noktasına ulaştı. Tomasz Nowakowski daha iyimser. "Yüzyıllar, hatta on yıllar uzakta olduğumuzu düşünmüyorum. Yapay zekânın, özellikle son yıllarda, hesaplamalı modeller aracılığıyla belirli bilişsel süreçleri taklit etmek için ne kadar hızlı ilerlediğine hayran kaldım," diye düşünüyor araştırmacı. "Sanırım teori ve modellemenin, beynin yapısı ve işlevi için hangi hücre ve moleküllerin gerekli olduğuna dair öngörülerde bulunacağı bir noktaya hızla yaklaşıyoruz. Ve bu öngörüleri test etmek için gerekli teknolojilere sahip olacağız," diye öngörüyor.