Beyindeki milyonlarca hücre bağlantısını “görebilmek” için bir cihaz üretildi
Araştırmacılar, üretilen yeni cihazın bir sinapsta beyin hücresi aktivitesinin eşi görülmemiş bir görüntüsünü verdiğini söylüyorlar. Bu görüntü, iki beyin hücresi arasındaki moleküllerin ve kimyasalların ileri geri iletildiği küçük bir boşluk. Cihazı geliştirilmeden önce beyin hücresi aktivitesini görme kabiliyetimiz gece gökyüzüne çıplak gözle bakmak ve milyarlarca yıldızı görmek gibi bir durumdu.
Beyin hücreleri veya nöronlar arasındaki boşluk inanılmaz derecede küçüktür, bir mikrondan daha azdır. Yani bir insan saçı genişliğinin onda biri kadardır. Nöronlar arasındaki bu bağlantıların içinde bir nörondan diğerine aktarılan moleküllerin ve proteinlerin (esas olarak sodyum ve kalsiyum) geçtiği bir yol bulunur.
Nörotransmiterler bir sinapstan geçip bir nörona indiklerinde, nöronun dışında bulunan bir protein olan AMPA glutamat reseptörünü aktive ederler. Bu reseptörler, nöronlar arasındaki işlevsel dil makineleridir.
Bilim insanları, sinapsların ve bunlara gömülü reseptörlerin beyinde öğrenme için kilit yerler olduğunu gösterdiler, anıların kodlandığı yer… Sinapsların nasıl çalıştığını incelemek için, hücreler tarafından yapılan proteinlerdeki artış veya azalmaları taramak için geleneksel olarak laboratuvardaki beyin hücrelerinin örneklerini ürettiler. Araştırmacılar, ayrıca beynin çeşitli bölgelerindeki nöronların alt kümelerini de inceliyorlar, ancak daha önce tüm beyindeki sinapsları bu ölçekte görüntüleyemediklerini de dile getirdiler.
Araştırma için bilim adamları, GRIA1 genini DNA'ya sokarak tüm AMPA glutamat proteinleri üzerinde yeşil olarak parlayan bir sinyal üreterek farelerin genetik mühendisliğini yaptılar. Nöronlar sinyallerini güçlendirdiklerinde daha fazla AMPA glutamat proteini üretirler. Böylelikle yeşil sinyal daha parlak hale gelir. AMPA glutamat reseptörleri çok yaygın olduğu için araştırmacılar, fare beynindeki neredeyse tüm uyarıcı nöronları saptayabildiler.
Ardından, araştırmacılar her farede hangi sinapsların yeşil renkte parladığını bulmak ve sinyalin parlaklığını izlemek için ileri düzey mikroskoplar kullandılar. Yaklaşık 600 bin parlayan sinaps ve yeşil sinyalin parlaklığının AMPA glutamat reseptörünün yanıtının gücüne karşılık geldiğine dair göstergeler bulundu.
Araştırmacılar, tüm parlayan sinapsları otomatik olarak algılayan algoritmaları geliştirmek ve doğrulamak için yapay zekâ ve makine öğrenimi teknikleri geliştirmek için Johns Hopkins Biyomedikal Mühendisliği Bölümü'ndeki hesaplamalı bilim insanlarıyla birlikte çalıştılar.