İki Küçük Mikroskop Bir Fare Beyninin Vücudunu Hareket Ettirmesini Eş Zamanlı Olarak Kaydetti

 İki Küçük Mikroskop Bir Fare Beyninin Vücudunu Hareket Ettirmesini Eş Zamanlı Olarak Kaydetti

 NINscope, araştırmacıların beynin farklı bölgelerindeki nöronların birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğini keşfetmelerine yardımcı oluyor!

Yaptığımız neredeyse her hareket; Netflix izlemekten yemek pişirmeye kadar her hareket beynimiz tarafından kontrol ediliyor.

Beynin bölümlerinin bir ağ olarak çalıştığının fark edilmesi, mevcut sinirbilim araştırmalarının temelini oluşturuyor fakat beynin farklı bölümlerinin farklı işlevleri var ve biz her bir parçanın ayrı neler yaptığını anlama serüveninde sadece yolun yarısındayız.

Beynin belirli davranışlarını yaratan ağlarını bulmak için beynin farklı bölümlerine canlı olarak bakılması aynı zamanda deneğin gerçekleştirdiği eylemlerin kaydedilmesi gerekiyordu. ELife’ta yayınlanan yakın tarihli bir çalışmada, Hollandalı bir grup bilim insanı, doğrudan bir farenin kafasına monte edilebilen NINscopes adı verilen minyatür mikroskoplar kullanarak iki beyin bölgesinin aynı anda nasıl izleneceğini keşfettiler.

NINscoplar bir kameraya bağlanarak farenin beyninde neler olup bittiğini görmemize olanak sağlıyor ve hatta cihazlar o kadar küçük boyutta ve hafif ki iki tanesi bir fareye monte edilebiliyor. Bu da araştırmacıların yıllardır başarmaya çalıştıkları bir şeyi yapmalarına izin veriyor: iki beyin bölgesini aynı anda gözlemlerken, çalıştıkları farelerin serbestçe hareket etmelerini ve normal davranmalarını sağlıyor.

Yeni çalışmanın arkasındaki bilim adamları, aynı anda iki NINscope kullanarak, fare hareket ederken, beyninin iki bölümünde (beyincik ve korteks) nöronların parladığını görebiliyorlar. Parlayan bir nöron aktif bir nöron demektir, bu şekilde araştırmacılar, fare tarafından yapılan hareketleri belirli nöronal aktivite modelleriyle eşleştirebiliyorlar. Biz de elimizdeki bu bilgilerden beyincik ve korteksin, hareketin (hepsi olmasa dahi) bazı yönlerini kontrol etmek için birbirleriyle çalıştığını söyleyebiliyoruz.

Serbestçe hareket eden farelerde nöronları görüntülemek tarihsel olarak başarılması zor bir başarı olmuştur. Hareketi kısıtlanmış canlı farelerde bile bu görüntüleme zaman ve cerrahi uzmanlık isteyen zor ve hassas bir prosedürdü. Eski yöntemde beyne elektrotlar yapıştırılarak nöronlar tarafından üretilen elektrik sinyallerini kaydederek yapılırdı. Bu teknik, nöronal aktivite ve zamanlamanın kesin okumalarını verirken, araştırmacıların tam olarak hangi nöronların aktif olduğunu görmelerine izin vermezdi. En iyi ihtimalle belirli bölgelere aktivite atayabilirlerdi.

1990’larda, beyin aktivitesini kaydetmek ve nöronlarla çalışırken mikroskoplarla onları gözlemlemek için kalsiyum göstergeleri adı verilen özel moleküllerin kullanılabileceği yeni bir teknik keşfedildi.

Beyin hücreleri aktive edildiğinde, iç kısımları kalsiyum ile doludur. Göstergeler kalsiyuma bağlanır ve parlayarak aktif nöronların ateş böcekleri gibi yanmasını sağlar. Bu etki, mikroskop ve kamera ile çok kolay bir şekilde yakalanabilir, dahası tek bir mikroskobik alan aynı anda yüzlerce hücreyi yakalayabilirdi. Kalsiyum görüntüleme, bilim insanlarının hangi nöronların ne zaman aktif olduğunu doğrudan belirlemelerini sağlardı.

Miniskoplar da mikroskoplar gibi kalsiyum göstergeleri kullanırlar. Ancak mikroskopla görüntüleme sadece hareketleri kısıtlanmış farelerle mümkün olabiliyor. Kısıtlanmış farelerden alınan görüntüler kaliteli olsa da, bu tür farelerden yalnızca çok küçük bir davranış kümesini inceleyebiliyoruz. Ancak miniskopları kullanırken, araştırmacıların artık fareleri kısıtlama konusunda endişelenmelerine gerek kalmıyor. Miniskop yerleştirildikten sonra, farenin rahatlaması için bir süre izin veriliyor, ardından günlük rutinine devam etmesi için serbest bırakılıyor. Yani Miniskoplar, araştırmacılara uyku-uyanıklık döngülerinden sosyal etkileşimlere kadar pek çok davranışı beyin aktivitesiyle ilişkilendirme özgürlüğü veriyor.

Miniskopun icadı, serbestçe hareket eden farelerde beyin hücrelerini görüntüleme sorununu çözdü, ancak bu da aynı anda yalnızca bir bölgeyi gözlemlemekle sınırlıydı. NINscope’un diğer miniskoplara göre benzersiz bir avantaj sunduğu yer de tam burası: geleneksel mikroskopların ikili görüntüleme kapasitesini, miniskopun kontrolsüz hayvanlardaki davranışları izleme olanağıyla birleştirmesi. Araştırmacılar, NINscope’u oluşturmak için özel olarak elektronik ve optik bileşenler oluşturarak, cihazı küçültmelerine, 3D baskılı bir kabuğa yerleştirmelerine ve beyin bölgeleri arasındaki etkileşimleri incelemek için tek bir fareye iki NINscope yerleştirmelerine olanak tanıdı.

Ne yazık ki NINscope’un bazı sınırlamaları var: İkili görüntüleme derken birbirinden bağımsız iki bölgeden bahsedemeyiz. NINscope tasarımı, monte edilmiş iki cihaz arasında minimum bir mesafenin korunmasını zorunlu kılar, bu da görüntülenebilecek bölgelerin kombinasyonu hakkında bazı fiziksel kısıtlamalar olduğu anlamına gelir.

NINscope’un fareler üzerinde uzun vadeli bir etkisinin olup olmadığı da henüz net değil.

Yanı sıra NINscope, potansiyel sinir ağlarını haritalamayı amaçlayan çok çeşitli deneyler için zemin hazırlar. Yalnızca 1,6 g (yaklaşık 1,5 ataç ağırlığında) ağırlığındaki cihaz, bilim adamlarının farelerin hareketlerini izlemelerine olanak tanıyan yerleşik bir ivme ölçer gibi birkaç ekstra özellikle güç dolu olarak gelir. Araştırmacılar bununla beyin hücrelerini manipüle etmek ve farelerin tepkilerini ölçmek için nöronu yapay olarak aktive etmek için ışığın kullanılabildiği bir yöntem olan optogenetik stimülasyon kullanabilirler. Uygun geliştirmelerle beynin daha derin noktalarına da bakılabilir.

NINscope, teknolojide yıllarca süren küçük ilerlemelerin bir sonucudur. Cihazı yapmak için optik, elektronik ve sinirbilim alanında uzmanlarla çalışılması da bilimin multidisipliner doğasının bir yansıması olduğunun göstergesidir.

Ve bu cihaz nöronal toplulukları araştırmak için bize yol göstererek beyinlerimizin bir ağ olarak nasıl işlediğini anlamamız için zemin hazırladı.

 

Kaynak: Two mini microscopes watched a mouse’s brain move its body in real time

Gökçe Deniz Karadaş

İlginizi Çekebilir

Cevap yaz

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir