Tıp

Canlı Görüntüleme Yöntemi Beyin İşlevlerinin Haritalanmasına Yapı Kazandırıyor

Yazan: David Orenstein

Çeviren: Gül Pınar Canik

Düzenleyen: Ezgi Ordu

Özet: Beynin muazzam yeteneklerini ve karmaşıklıklarını anlamak için sinir bilimciler, hissettiklerimizi işlemek veya nasıl hareket edeceğimiz gibi işlevlere bağlı olarak beyni bölgelere ayırırlar. Bununla birlikte eksik olan şey ise bu işlevsel haritaları, özellikle canlı hayvanlarda, ilgilenilen işlevleri yerine getirirken fiziksel yapının farklılıklarını tam ve tutarlı bir şekilde eşleştirme yeteneğidir. Yeni bir çalışmada, MIT (Massachusetts Teknoloji Enstitüsü) araştırmacıları bunu yapmanın yeni bir yolunu bularak canlı farelerde işlevsel haritalamanın benzeri görülmemiş bir şekilde eşleştirilmesini sağlayarak her bölge için beynin dış tabakası boyunca daha derin dokulara kadar yapısal bilgileri ayırt edebileceklerini öne sürdüler.

MIT’deki Beyin ve Bilişsel Bilimler Bölümünde olan, aynı zamanda Picower Öğrenme ve Hafıza Enstitüsündeki Newton Sinir Bilim Profesörü Mriganka Sur’un laboratuvarında bulunan yazarlar, “Çalışmamız fare beynindeki görsel alanların yapısal ve işlevsel bağlantısının vücut koşullarında hücre içi çözünürlükte tespit edilebileceğini ilk kez gösteriyor.” şeklinde açıklama yaptılar.

Bu teknik, bilim insanlarına incelemek istedikleri bölgelerin sınırlarını ve içeriğini ayırt edebilmeleri için daha kesin yollar verebilir ve zaman içinde farklı işlevsel bölgelerdeki bireylerde yapısal farklılıkların nasıl geliştiğini daha iyi anlamalarına yardımcı olabilir. Örneğin Mriganka Sur’un laboratuvarı, özellikle karmaşık görme gelişimini anlamakla yoğun bir şekilde ilgileniyor. İnsanlar, görme duyusunun işlenmesine katkıda bulunan 35 ya da daha fazla farklı işlevsel bölgeye sahiptir. Sur notlarına göre ise fareler 10 işleve sahiptir.

Sur, “Memeli beyinlerde görme yetisinin temsil edilmesi ve yaratılması, üzerine yoğunlaşılması gerekilen bir konudur.” diyor. “Görme alanları ne anlama geliyor ve ne iş yapıyor? Nasıl farklı olduklarını anlamak kolay değil. Kritik olan, her alanın işlevsel temsilini anatomik benzersizliği ile doğru bir şekilde haritalamak veya eşleştirmektir.”

Bu soruları cevaplamaya yardımcı olacak araçlar geliştirmek için doktora sonrası araştırmacı Murat Yıldırım, Biomedical Optics Express‘teyayımlanan çalışmayı yönetti. Araştırma ekibinin işlevsel alanları haritalama yöntemini (retinotopik haritalama) üçüncü harmonik nesil (THG) üç foton mikroskobu ile – öncü olmasına yardımcı olduğu bir teknoloji ile- ölçülen derin yapısal bilgilerle nasıl birleştirdiğini anlatıyor.

Retinotopik haritalamada araştırmacılar, belirli bir uyarılmaya yanıt olarak elektriksel olarak aktif hâle geldiklerinde veya kalsiyumda değişiklikler gösterdiklerinde sinir hücreleri yanıp sönecek şekilde mühendislik kullanarak işlevsel bölgeleri tanımlayabilirler. Örneğin, bilim insanları bir fareye bir ekran boyunca hareket eden bir desen gösterebilir ve her alan karakteristik bir konum ve tepki örneği gösterebilir. Böylece sinir hücrelerinin nerede yandığını işaretleyebilirler.

Üç foton mikroskobu, tek tek hücreleri ve bir milimetre veya daha fazla derinlikteki daha küçük alt yapılarını ince bir şekilde -beynin dış tabakasını baştan sona görmeye yetecek kadar- çözebilir. Bu arada üçüncü harmonik nesil (THG), hem kan damarlarını hem de birçok sinir hücresinin uzun, sarmallı uzantılarını saran ve miyelin adı verilen bir malzemenin liflerini ince bir şekilde çözme yeteneğini ekler. THG, herhangi bir etiketleme boyası veya kimyasal madde eklemeyi gerektirmez.

En önemlisi de THG, dokuda hareket ederken ışığın ne kadar emildiğini veya dağıldığını ölçen etkili inceltme uzunluğu (EAL) adı verilen önemli bir optik ölçü sağlar.  Çalışmada, Yıldırım ve ortak yazarlar, EAL’nin özellikle her bölgenin kendine özgü hücre, kan damarı ve miyelin mimarisine bağlı olduğunu göstermektedir. Altı görsel işlevsel bölgenin her birinde EAL’yi ölçtüler. Böylece bunun komşu görsel alanlar arasında önemli ölçüde farklılık gösterdiğini ve her işlevsel alan için bir tür yapısal imza sağladığını gösterdiler. Aslında, ölçümleri o kadar doğruydu ki EAL’nin işlevsel bölgeler içinde nasıl değiştiğini, en çok ortaya doğru benzersiz olduğunu ve sınırlara doğru komşu bölgelerin değerlerine daha yakın bir şekilde karıştığını gösterebiliyorlardı.

Başka bir deyişle retinotopik haritalamayı üçüncü harmonik nesil (THG) ve üç foton mikroskobu ile birleştirerek bilim insanlarının canlı deneylerde hayvanlarla çalışmaya devam ederken hem işlevlerine hem de yapılarına göre farklı bölgeleri tanımlayabileceklerini söylediler. Bu, davranış sırasında gözlem yapmaktan ve daha sonra korunmuş beyin bölümlerinde aynı pozisyonları yeniden yerleştirme umuduyla dokuyu parçalara ayırmaktansa bu yöntem (Retinotopik haritalama) daha doğru ve daha hızlı sonuçlar verebilecektir.

Yıldırım, “Daha fazla yapısal bilgi elde etmek için retinotopik haritalamanın gücünü üç fotonlu görüntüleme ile birleştirmek istiyoruz.” diyor. “Aksi takdirde, beyin aktivitesinin canlı görüntülemesini yaptığınızda bazı tutarsızlıklar olabilir ancak sonrasında dokuyu çıkarır, lekeler ve aynı bölgeyi bulmaya çalışabilirsiniz.”

Özellikle üç foton mikroskobu daha geniş bir uygulama alanı kazandıkça ve görüntüleme hızları geliştikçe şu anda, milimetre derinliğinde bir korteks kolonunun görüntülenmesi yaklaşık 15 dakika sürüyor ve yazarlar bunu kabul ediyor. Ekip, yeni yöntemin sadece görsel sistemin çalışmaları için değil, aynı zamanda korteksin etrafındaki bölgelerde de kullanılabileceğini umuyor. Dahası bu yöntem, hastalık durumlarını, sağlıklı beyin yapısını ve işlevini karakterize etmeye de yardımcı olabilecektir.

Yıldırım ve ekibi, “Bu ilerleme, farelerin ve diğer hayvan modellerinin beyinlerindeki diğer duyusal ve duyusal olmayan beynin dış tabakasına ait alanlarda benzer yapısal ve işlevsel bağlantı çalışmalarına olanak sağlamalıdır.” diye belirttiler. “İlk kez tanımladığımız görsel alanlardaki yapısal ve işlevsel bağlantısının, bu alanları oluşturan önemli gelişim mekanizmalarına işaret ettiğine inanıyoruz. Bu nedenle çalışmalarımız, beyin gelişimi, alzheimer, inme ve yaşlanma gibi rahatsızlıkların daha iyi anlaşılmasına yol açacaktır.”

Yıldırım ve Sur’a ek olarak makalenin diğer yazarları: Ming Hu, Nhat Le, Hiroki Sugihara ve Peter So’dur. Ulusal Sağlık Enstitüleri, Ulusal Bilim Vakfı, JPB Vakfı ve Massachusetts Yaşam Bilimleri Girişimi çalışma için fon sağladı.

Via
https://news.mit.edu/2020/live-imaging-method-brings-structure-mapping-brain-function-0924

Gül Pınar CANİK

Gebze Teknik Üniversitesi Çevre Mühendisliği 1.sınıf öğrencisiyim. Ekoloji, enerji, iklim, sürdürülebilirlik ve geri dönüşüm konularıyla ilgileniyor ve araştırmalar yapıyorum.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Back to top button