Perşembe günü, dünyanın bütün sinir bilimcileri ve insan beyniyle uğraşan diğer bilim dallarında çalışanlar için çok müthiş bir şey oldu. Aynı gün dünyanın en önemli bilim dergilerinden olarak kabul edilen Science, Science Advances ve Science Translational Medicine dergilerinde tam 21 makale birden yayınlandı. Bu makaleler sayesinde, bugün için bilinen en ayrıntılı ‘Beyin Atlası’ yani bir çeşit beyin haritası ortaya çıktı.

İnsan beyni kabaca 86 milyar sinir hücresi (nöron) ve bir o kadar da nöron olmayan hücreden oluşuyor, yani kabaca 170 milyardan fazla hücreden söz ediyoruz.

İnsan vücudundaki diğer organlar, diyelim kalp, birkaç farklı çeşit hücre tipinden oluşuyor. Ve biz kalbi oluşturan hücre tiplerinin tek tek ne işe yaradığını, o hücrelerin bir araya geldiğinde ne yaptığını biliyoruz. Kalp, temelde bir kas, düzenli aralıklarla kasılıp genişliyor, böylece vücuda kan pompalıyor. Yeterince karmaşık bir organ ama diyelim beyinle kıyaslandığında son derece basit bir makine.

Buna karşılık şimdi ortaya çıktı ki, 3 bin 300’den fazla farklı hücre tipi var insan beyninde. Ayrıca belki daha keşfedilmeyi bekleyen farklı hücre tipleri de var, bunları zamanla öğreneceğiz.

Bu kadar çok sayıda farklı hücrenin bir araya gelip işlev görmesi, insan beynini basit bir organ olmaktan çıkartıp neredeyse kendisi başlı başına bir karmaşık organizmaya dönüştürüyor.

Her şey 2017 yılında başladı

İnsanlık, kendi beynini çok uzun zamandan beri öğrenmeye çalışıyor ama aslında galiba bu konudaki en büyük inisiyatif 2017 yılında Amerika’da bizzat Başkan Barack Obama tarafından başlatılan ve adına da ‘Brain’ (Beyin) denen bir araştırmayla yaşandı. Bugün yayınlanan 21 makalenin tamamı bu inisiyatifin sonucu.

Amerika’da federal hükümetin bilimi desteklemek için kurduğu (bizdeki Tübitak gibi) çeşitli enstitüler var. Bunlardan biri olan National Institute of Health, sadece sağlık bilimleriyle ilgili ve ciddiye alınması gereken fonlara sahip bir yer.

NIH geçmişte bu  fonlardan elinde artan bir para olduğunu görünce o zamanlar tamamen fantezi sayılan bir konuya elde kalan bu küçük parayı aktarmaya karar vermiş ve insan mikrobiyomunu araştıracaklara fon vaat etmişti. Bu basit ve küçük adımın ardından ortaya tıbbın o zamana kadar ancak el yordamıyla bildiği inanılmaz genişlikte bir yeni bilim alanı çıktı. Bugün her yerde ‘bağırsak florası’ndan ve bunun öneminden söz ediliyorsa, işte o artan parayla yapılmaya başlanan araştırmalar yüzünden ediliyor. Bugün elbette bu konuya çok daha fazla para ayrılıyor.

Bu tecrübe NIH’e o güne kadar görece daha az ilgilenilmiş konulara odaklanıldığında çok iyi sonuç alınabileceğini öğretti. O yüzde 2017 yılında bizzat Başkan Obama’nın da katılımıyla bir beyin haritalama projesi başlatıldı. Toplamda 500 milyon dolar ayrılan 5 yıllık bu projede amaç, adından da anlaşılacağı gibi insan beynini haritalandırmak, hem beyin bölgelerinin hem de tek tek hücrelerin beyindeki fonksiyonlarını öğrenmeye çalışmaktı.

El yordamıyla biliyorduk

İnsanlık bu araştırma başlamazdan önce beyinle ilgili elbette bazı bilgilere sahipti; hangi beyin bölgesinin neyi kontrol ettiği, beyinden kaynaklanan hastalıkların, mesela depresyon, bipolar bozukluk gibi şeylerin neden kaynaklanıyor olabileceği ile ilgili el yordamıyla bazı bilgilere sahipti. Ama bu bilgilerin hiçbirinin kesinliğinden emin değildik; nitekim örneğin depresyon veya şizofreni konusunda uzun yıllar içinde defalarca yeni teoriler ortaya atıldı, bu teorilere göre yeni ilaçlar geliştirildi ama hiçbiri kesin ve kalıcı bir sonuç yaratmadı. Bazı tedaviler çözdüğü kadar soruna da yol açtı.

Yine insanlık, beynin farklı hücre tiplerinden oluştuğunu 1800’lerden beri biliyordu ama bu bilgi el yordamıyla bir bilgiydi. 2000’lerin başında sadece gözümüzdeki retina tabakasında 60’dan fazla birbirinden farklı nöron tipi olduğunu öğrendiğimizde, tıp dünyası çok şaşırmıştı.

Şimdi ise nöronlarımızda en azından 16 bin farklı genin aktif olduğunu ve bu genlerin farklı kombinasyonlarının farklı hücre tipleri yarattığını biliyoruz. Şimdilik böyle saptanan farklı hücre tipi sayısı 3 bin 300.

Her birinin tek tek fonksiyonunu, farklı olma nedenini ve bu farkın nelere yol açtığını öğrenmek bilimin yıllarını alacak bir yeni çabanın kapısını açıyor.

Nöroloji bilimi yeniden yazılırken

Ama bundan da büyüğü: Perşembe günü yayınlanan makalelerle birlikte nöroloji, yani sinir bilimi belki kökünden değişecek. Araştırmaların verileri herkese açıldı, buradan bakabilirsiniz.

İnsan beyninin ‘yüksek fonksiyonları’ diye bilinen düşünme, dil vs fonksiyonları da, daha temel fonksiyonlar olan kaslara emir verme, refleksleri düzenleme, hormonal akışı kontrol etme gibi şeyler de beynimiz tarafından ve beynimizdeki nöronlar tarafından yönetiliyor. Örneğin ‘buket nöron’ adı verilen bazı nöronlar, diğer nöronlardan gelen elektrik sinyallerini iletmede bir kavşağı yöneten trafik lambaları gibi davranıyor, bazı sinyalleri yavaşlatıyor, bazılarına yol veriyor ve böylece sinyallerin birbirine karışmasına engel oluyor, doğru sinyalin doğru yere gitmesini sağlıyor.

Beynin en karmaşık bölgesinin düşünme, hafıza ve dil gibi temel bilişsel fonksiyonları sağlayan ‘cerebral korteks’ olduğu düşünülürdü; oysa perşembe günü yayınlanan makaleler sayesinde öğrendik, meğer beynin daha derin bölgelerinde hücre çeşitliliği daha fazlaymış. Örneğin beyin kökü son derece karmaşık.

Fakat tabii nöronlar ve onların fonksiyonu öğrenmek çözülmesi gereken bulmacanın sadece yarısı. Bir de beynimizde nöron sayısı kadar nöron olmayan hücreler var.

Şempanzeden ne kadar farklıyız?

Örneğin ‘astrocyte’ adı verilen hücreler, kendileri nöron olmadıkları halde nöronların gelişmesi ve sonra da düzgün çalışması konusundan sorumlu. Veya ‘microglia’ adı verilen hücreler, beyne giren yabancı ve zararlı şeylerle mücadele eden bir çeşit savunma hücreleri. Ama bunlar aynı zamanda nöronların bir araya gelip oluşturdukları yapılanmaları da geliştiriyor. Şimdi yeni araştırmalar bu tip nöron olmayan hücrelerin çeşitliliğinin de çok fazla olduğunu ortaya koydu.

Geçmişte araştırmacılar, insan beyninin evrimsel olarak en yakın akrabalarımız olan çeşitli primatların beyninden farklı olduğunu, bu sayede insanın insan olduğunu düşünürdü. Ama bu son araştırmalar primat beyniyle insan beyni arasında o kadar büyük ve ayırt edici farklar bulamadı. İnsan beyninde bulunan bütün hücre tipleri şempanze ve gorillerde de var.

Ama araştırmacılar insanla primatlar arasında aynı olan beyin hücre tipleri içinde bazı genlerin daha fazla aktif veya daha az aktif olduğunu saptadı. Bu aktif genler de, o hücre genetiğindeki açma kapama mekanizmasının çok yakınında. İnsan beynini diğer primatlar beyinlerinden ayrı yapan en önemli fark insan beyin hücrelerindeki bu genetik açma kapama düğmelerinin daha fazla nöron bağlantısı (sinaps) yapmaya imkan tanıması araştırmacılara göre.

Orkestra ne yapıyor?

Tabii perşembe günü yayınlanan bu makalelerle insan beyni hakkında daha önce bilmediğimiz bir sürü yeni şey öğrendik, başka bir sürü yeni şeyi öğrenmenin de kapısını araladık ama hala beyni bildiğimizi söylemekten çok uzağız.

Elbette beyindeki farklı hücreleri kataloglamak, onların gelişimini anlamak son derece önemli ama bir de bir bütün olarak beynin kendisi var. Bir sinir bilimci, bunu The New York Times’a çok güzel ifade etmiş:

‘Orkestranın bir bütün olarak ne yaptığını öğrenmek istiyoruz. Orkestradaki bir kemancının şu an ne yapmakta olduğu ikincil önemde.’

Bilim, hem o ‘orkstra’yı hem de orkestrayı oluşturan bütün enstrümanların nasıl olup da bir araya gelip bir senfoni çaldığını günün birinde öğrenecek olursa, işte o zaman bir başka bilim dalı olan bilgisayar bilimi gerçek bir yapay zekaya ulaşma imkanını elde edebilir.