Beynin mimarisi çözülüyor: Bilim insanları 11 boyutlu yapılar keşfetti

HABER MERKEZİ – Bilim insanları, beynin mimarisinin üzerindeki perdeyi aralamayı başardı. Cebirsel topoloji isimli ileri matematik sistemini kullanan araştırmacılar, beynin bilgiyi işlerken 11 boyutta çalıştığı sonucuna ulaştı. Bilim insanlarına göre bu gelişme nörobilimdeki en büyük gizem olan “Beynin yapısı ve işleyişi arasındaki ilişki nedir?” sorusuna cevap olacak.

Çeviri: Ezgi Gül

İsviçre’deki École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) adlı üniversiteden bilim insanları beynimizin bilgiyi “hiçbir şey”e dönüştürmeden önce onu işleyen mimari yapısının üstündeki perdeyi aralamayı başardı.

Frontiers in Computational Neuroscience’de yayınlanan makalede, sinirsel yapının ortaya çıkışına kadar kapsayan karışık süreçler anlatıldı.

Bu keşifler, nörobilimin (sinirbilim) en büyük gizemi olan beynin yapısı ve işleyişi arasındaki ilişkiyi kanıtlayarak, onun işleyişini anlamamızı kolaylaştıracak.

Cebirsel topoloji

EPFL tarafından yürütülen araştırma, insan beyninin biyolojik olarak yeniden yapılandırılabilmesini amaçlayan Mavi Beyin Projesi’nin bir ayağı.

Kobay hayvanlar üzerinde çalışan araştırmacılar gelişmiş bilgisayar simülasyonları kullanarak beynin farklı bölgelerindeki etkileşimleri görebildi.

Son yapılan çalışmada, bilim insanları beynin içerisindeki sinir iletişimi yapılarını cebirsel topoloji kullanarak açıklamaya çok yaklaştı.

Cebirsel topoloji sistemi, sürekli değişen yapıları ve alanları tanımlayabilmek için kullanılan bir sistem.

Bu araştırmayla birlikte bu tarz bir matematiksel yöntemi ilk defa nörobilimde kullanılmış oldu.

Araştırmacılardan Kathryn Hess, bir açıklamasında “Cebirsel topoloji aynı anda hem bir teleskop hem de mikroskop. Gizli yapıları görmek için sinir ağlarına yaklaşabilir (ormandaki ağaçlar) ve aynı zamanda boş alanları (ağaçsız yerler) da görebilir” dedi.

Nöron toplulukları: ‘Clique’ler

Araştırmacılar, asla tesadüfen oluşması mümkün olmayan beyin yapısını kavrayabilmek için sanal beyin üzerinde çoklu testler uyguladılar.

Daha sonra aynı testleri gerçek bir beyne uygulayarak, bulgularının sağlamasını yaptılar.

Yaptıkları deneyler sonucunda sanal beyin dokusunun bir uyaranla karşılaştığında nöron gruplarının bir takım formu (clique) oluşturduğunu fark ettiler.

Her nöron, diğer nöronlara spesifik bir şekilde bağlıydı ve bu birliktelik çok keskin bir geometrik şekil oluşturuyordu.

Nöronlar ne kadar çoksa, o kadar çok boyut

Dolayısıyla ‘clique’de ne kadar çok nöron olursa, o kadar çok boyut oluyordu.

Bazı testlerde araştırmacılar ‘clique’lerin 11 boyuta kadar ulaşabildiğini gördü.

Bu yapılar, araştırmacıların cavity (kovuk) adını verdiği çok boyutlu boşluklarla çevriliydi.

Beyin bir kere bilgiyi işlediğinde, nöron toplulukları ve boşluklar yok oluyordu.

‘Beynimiz her seferinde çok boyutlu bir kum kalesi inşa edip yok ediyor’

Araştırmacılardan Ran Levi, gelişmeler hakkında şunları söylüyor:

Beynin bilgiyi işlemesi esnasında çok boyutlu boşlukların ortaya çıkması nöronların uyaranlara karşı son derece organize bir şekilde tepki verdiğini gösteriyor. Bunu beynin uyaranlara çok boyutlu bloklardan oluşmuş bir kule yaparak teoki vermesi gibi düşünebiliriz: 1 boyutlu (1D) çizgiler, 2D kalaslar, 3D küpler daha sonra 4D, 5D daha kompleks geometriler şeklinde gidiyor. Beynin içindeki aktivitelerin gelişimi, beynin çok boyutlu bir kumdan kale yapıp daha sonra bunu bozmasını andırıyor.

‘Hayal bile edemeyeceğimiz bir alem bulduk’

Mavi Beyin Projesi’nin başkanı Henry Markram, bulguların “beynin anlaşılmasının neden bu kadar zor olduğunu” açıkladığı görüşünde:

Genellikle beyni kavramak için kullanılan matematik yöntemleri çok boyutlu yapıları ve alanları tespit edemiyordu, oysa şimdi bunların varlığını açıkça görüyoruz. Daha önce hayal bile edemeyeceğimiz bir alem bulduk. Beynin ufacık bir yerinde bile on milyonlarca yedi boyuta kadar ulaşan bu kovuklar ve ‘clique’ler var. Hatta bazı deneylerde 11 boyuta ulaşabildiğini gördük.

Araştırmacılar, çok boyutlu bakılmadığı için nörobilimin bu zamana kadar beynin yapısı ve bilgiyi işleyişi arasındaki ilişkiyi çözemediğini söylüyor.

Bu boyutlar düşünülmediğinde beyne bir gölgenin arkasından bakılmış oluyor, bir şeyler görülse de tam fotoğrafa ulaşılamıyordu.

Bir sonraki hamlede ise yine cebirsel topoloji yardımıyla bu cavity (kovuk) ve ‘clique’lerin insan eliyle üretilip üretilemeyeceğini araştıracak.

Kaynak: Newsweek