Araştırmacılar, mikroskobi ve hücre biyolojisindeki güçlü gelişmeleri karıştırarak ve eşleştirerek, meyve sineklerinde ve farelerde bireysel sinir hücrelerinin karmaşık ayrıntılarını ve hatta canlı farelerde kontrol edilen küçük sinir hücresi gruplarını bile görüntülemişlerdir.
Seattle Allen Beyin Bilimi Enstitüsü Moleküler Sinirbilimci Hongkui Zeng: “İki yeni çalışmada yayınlanan teknikler, beynin nasıl çalıştığını anlamak için ileriye doğru atılmış büyük adımları temsil ediyor. Bu tür bir teknoloji olmadan, çeşitli sinir hücrelerinin veya nöronların birlikte gruplandığı ve analiz edildiği yoğun seviyeye bakabildik. Ancak yeni çalışmalar sinir hücrelerinin ayrı ayrı çalışılabileceğini gösteriyor. Bu yakınlaştırılmış yaklaşım; hücreler arasında var olduğu bilinen muazzam çeşitliliği ortaya çıkarmaya başlayacaktır. Beyin büyük bir çalışma alanı… Teknolojilerin şimdi bunu yapmamızı sağladığını görmek çok heyecan verici.”
Bu yeni yetenekler birçok araçtan geldi. Howard Hughes Tıp Enstitüsü’nün Ashburn’deki Janelia Araştırma Kampüsü’nde Fizikçi Eric Betzig ve meslektaşları hızla beyin dokusunun katmanlarına derinlemesine bakabilen güçlü bir mikroskop geliştirdi. Kafes Işık levha mikroskobu adı verilen teçhiza; hücrelerin yapılarını açığa vuran, beyinden ince bir lazer ışığı tabakası alır. Ancak, herhangi bir mikroskop gibi, yapılar gerçekten küçüldüğünde, sahnenin en küçük yönlerini çözemiyor.
MIT’de laboratuvar tekniğini geliştiren bir HHMI araştırmacısı olan sinirbilimci Edward Boyden “Mikroskop altında dokuyu bir balon gibi genişleten bir numara bu sorunu çözdü. Genişletme mikroskobu adı verilen yöntem, küçük numunelerin şişen bir jel ile enfekte edilerek, görülmesini kolaylaştırıyor. Jel, doku yapısını da koruyarak, genişletir.”
Araştırmacılar, 18 Ocak’ta yayınlanan bilim raporuna göre; güçlü Kafes Işık Levha mikroskobu’nu genişletilmiş meyve sineği beyinlerine ve fare beyinlerinin bölümlerine çevirerek; ayrı ayrı sinir hücrelerinin özelliklerini ortaya çıkardıklarını bildirdi. Ekip, sinaps adı verilen hücre bağlantılarını saydı, miyelin adlı bir yağ maddesinin sinir hücrelerinin mesaj gönderme uzantıları etrafına nasıl sarıldığını gördü. Kimyasal haberci dopaminini üreten tüm sinir hücrelerini tam olarak belirledi.
Yeni Ayrıntılar
Betzig bu titiz görüşlerin daha fazla deneye izin vereceğini belirtiliyor. Berkeley Kaliforniya Üniversitesi HHMI Araştırmacı Betzig: “Sinapsların belirli hastalıklarda farklı görünüp görünmediğini veya miyelinin gelişim sırasında nasıl oluştuğunu incelemek gibi… Bu alanlardan birine derinlemesine dalmak istenirse, şimdi yapılabilir…”
Sinir hücresi anatomisinde bu yeni ayrıntıların yanı sıra; bu hücrelerin bazılarının işleriyle ilgili ipuçları da geliyor. Stanford Üniversitesi Psikiyatrist ve Sinir Bilimci Karl Deisseroth ve meslektaşları; genetik olarak tasarlanmış sinir hücrelerini kontrol etmek için lazer ışığını kullanan, bir teknik olan gelişmiş bir optogenetik formu geliştirdi. Mikroskobi alanındaki gelişmeler ve lazer stimülasyonuna cevap veren bir proteindeki gelişmeler ile araştırmacılar, tek tek sinir hücrelerinin davranışlarını izleyebildi. Farelerin yeme davranışını değiştirerek, istediklerini etkinleştirdi. Çevrimiçi olarak 16 Ocak’ta Nature’da açıklanan sonuçlar; yeme davranışı ve sosyal deneyimlerle ilgili hücreleri çözmek için yardımcı oluyor.
Çalışmada, araştırmacılar; beynin dış ön yüzeyinde bir doku gerginliği olan farelerin orbitofrontal korteksindeki sinir hücrelerini hedef aldılar. Yeme davranışına ve sosyal davranışa dahil olan hücreler orada bir arada bulunduğundan, ayrı çalışmak kolay değildir.
Bu yüzden Deisseroth’un ekibi; farenin aktif olduğu tek sinir hücrelerini tanımlamak için genetik hileler kullandı. Bu durumda fare yüksek kalorili suyu yalıyor veya başka bir fareyle etkileşime giriyor. Belirli hücreleri belirledikten sonra, araştırmacılar hücrelerin harekete geçmesini sağlamak için, lazer ışığı kullanmış ve ortaya çıkan davranışları izlemiştir. Bilim insanları bir avuç “yeme” sinir hücresini uyardıklarında, fareler kalorisi yoğun suyun daha fazlasını yaladı. Ancak ekip sosyal sinir hücrelerini uyardığında yalama azaldı. Sosyal etkileşimlerin yeme davranışını azaltabileceğinin ipucu olduğu sonucuna varıldı.
Deisseroth ve meslektaşları ilk olarak 2012’de tek sinir hücrelerini uyarma yöntemini açıkladılar. Ancak şimdiye kadar onu bir memelideki davranışı kontrol etmek için kullanamadılar. Araştırmacıların bildirdiğine göre, beynin üstüne oturan ve ışığı belirli bir şekilde odaklayan özel bir lens içeren, mikroskobi alanındaki gelişmeler; araştırmacıların, canlı bir farenin beyninin derinliklerindeki en derin tek hücre stimülasyonunun yaklaşık üç milimetre kadar sinir hücrelerini uyarmalarına izin verdi.
Deisseroth: “Fare beyninin büyük bir kısmı derin ve araştırılması zor. Yeni yöntem memeli beyninin tamamının çok yönlü araştırılması için bir imkan sunuyor.”
