Bilim dünyasında bir ilk Çığır açan araştırma o kritik soruya yanıt buldu: Nasıl karar veriyoruz?

Dünyanın dört bir yanında bulunan 22 laboratuvardan nörobilimcilerin hayata geçirdiği uluslararası çalışmayla bilim tarihinde bir ilk yaşandı. Beynin tamamını kapsayan bir harita çıkaran bilim insanları, karar verme sürecinde çeşitli bölgelerde yaşanan aktiviteyi gözler önüne serdi.

Araştırma kapsamında 139 fareden toplanan veriler, beynin 279 bölgesindeki 600.000'den fazla nöronun aktivitesini yansıtıyor. Bu sayı bir farenin beyninin yaklaşık yüzde 95'ine denk geliyor. Çizilen harita, ilk kez bir karar verilirken beyinde neler olup bittiğine dair eksiksiz bir resim sunuyor.

New York Üniversitesi Grossman Tıp Fakültesi Nörobilim ve Fizyoloji Bölümü Başkanı ve Nörobilim Enstitüsü Direktörü Dr. Paul W. Glimcher, parçası olmadığı araştırmayı CNN International'a değerlendirdi. Glimcher, araştırmacıların, bu ölçekte kimsenin hayal edemeyeceği kadar büyük bir veri seti oluşturduğuna dikkat çekerek, bu araştırmanın nörobilim alanınd tarihi en büyük olaylarından biri olarak hatırlanacağını söyledi.

İKİ BÜYÜK SONUÇ VAR

Araştırmacılar, haritayı oluşturmak için öncelikle laboratuvarlar arasında paylaşılacak standart bir prosedür oluşturdu. Ardından farelerin görsel uyaranlara tepki verdiği sıradaki sinirsel aktiviteleri izlendi ve tüm laboratuvarlarda toplanan veriler birleştirildi. Yedi yıl süren ve iki ayrı makalede sunulan bulgular, 3 Eylül'de Nature dergisinde yayınlandı.

Cenevre Üniversitesi'nde sinirbilim profesörü olan Alexandre Pouget, "Temelde iki büyük sonuç var, bu yüzden iki makale yazdık" diye konuştu. Makalelerin ilkinde, karar vermeyle ilgili elektriksel aktivitenin yaygın dağılımını özetlenirken diğerinde veriler ışığında beklentilerin seçimleri nasıl şekillendirdiğine bakıldı.

İlk makalenin ortak yazarı ikinci makalenin ise kıdemli yazarı olan Pouget, CNN'e yaptığı açıklamada, "Sıfırdan başladık. Daha önce kimse böyle bir şey yapmaya kalkışmamıştı" dedi.

Geçmişte yapılan araştırmalarda, karar verme sürecinde beynin sadece bazı bölgelerinde (özellikle duyusal girdi ve biliş ile ilgili alanlarda) küçük nöron kümelerinin ateşlendiği gösterilmişti. Ancak yeni harita, sinirsel aktivitenin çok daha yaygın olduğunu ve karar verme sürecinin farklı aşamalarında elektrik sinyallerinin farenin beyninin neredeyse tamamına yayıldığını ortaya koyuyor.

TEK BİR NÖRONDAN BİNLERCE NÖRONA

Bilim insanları, uzun yıllardır tek bir nörondan gelen elektriksel impulsları elektrotlar yardımıyla kaydederek belirli görevler sırasında beyinde yaşanan aktiviteleri inceliyor. Ancak tek bir nöronu kaydetmek zor ve yavaş bir işlem. Birkaç aylık çalışma sonucunda ancak 100 kadar nörondan sonuç elde edilebiliyor. Bu da söz konusu tekniği beyinde daha fazla hedeflenmiş bölgeleri incelemek için en uygun bir yöntem haline getiriyor.

Geçtiğimiz on yılda, aynı anda binlerce nöronu izleyebilen Neuropixels adlı dijital sinir problarının geliştirilmesi nörobilimde büyük bir sıçrama sağladı. Yeni haritanın oluşturulmasında da bu hassas elektrotlar kullanıldı. Pouget, "Bir bölgedeki birkaç yüz nöronu incelemekten, beynin her yerindeki 600.000 nöronu incelemeye geçtik" dedi.

Deneylerde, kafalarına elektrotlu kasklar takılan fareler küçük bir direksiyon simidini çevirerek ekrandaki siyah-beyaz çizgili dairenin hareketini kontrol etti. Daire, ekranın sol veya sağ tarafında kısa bir süre göründü. Daireyi başarıyla merkeze yönlendiren fareler şekerli suyla ödüllendirildi. Fareler gördüklerine tepki verdikçe, Neuropixels probları beyinlerindeki elektrik sinyallerini kaydetti.

"ALDIĞIMIZ HER KARAR BU ŞEKİLDE ALINIR"

Haritaya göre, aktivite ilk olarak beynin arka kısmında, görsel girdileri işleyen bölgelerde zirveye ulaştı. Ardından beynin geneline yayıldı ve farenin kararı harekete dönüştüğünde motor kontrol bölgeleri aydınlandı. Fare şekerli ödülünü aldığında aktivite beynin geneline yayıldı.

Pouget, "Bu süreçte sadece birkaç bölge değil, birlikte çalışan çok geniş bir bölge ağı rol oynuyor" dedi. Araştırmanın yazarları, karar verme sürecinde beynin ne kadarının rol oynadığını bilmenin, karmaşık davranışlar üzerinde daha hedefli çalışmalar yapmaya yardımcı olacağını vurguladı.

Araştırmacılar, deneye fareler için ekstra bir zorluk da ekledi. Bazı denemelerde rengi soldurulan daire, neredeyse görünmeyecek kadar silikleştirildi. Farenin tekerleği hangi yöne çevireceğine karar vermek verebilmek ve ödülü alabilmek için önceki denemelerde gördüklerini hatırlaması gerekiyordu. Pouget, "Buna ön bilgi denir. Aldığımız her karar bu şekilde alınır" dedi.

Nörobilimciler geçmişte, beynin karar verme sürecinin erken aşamalarında ön bilgiye eriştiğini varsayıyordu. Böylece duyusal uyaranların en başından itibaren beklentiler bağlamında işlendiği düşünülüyordu. Pouget beyin haritasıyla, bu öngörünün doğruluğunun gözler önüne serildiğini vurguladı.

NÖROBİLİMİN "SLOAN DİJİTAL GÖKYÜZÜ ARAŞTIRMASI"

Diğer birçok disiplinde büyük ölçekli uluslararası iş birliklerinin bilimin yürütülme şeklini dönüştürdüğünü hatırlatan Glimcher, beyin aktivitesi haritasını oluşturan çalışmanın da nörobilim için bir dönüm noktası olduğunu söyledi.

"Fizik ve astronomi gibi alanlarda sıklıkla görülen çoklu laboratuvar iş birliklerinin aksine, biyoloji bilimlerinde geleneksel olarak laboratuvarlar ayrı ayrı çalışır" diyen Glimcher, söz konusu iş birliklerinin en iyi örneklerinden birinin Sloan Dijital Gökyüzü Araştırması olduğunu vurguladı.

Yüzlerce astrofizikçi ve astronomun katıldığı ve gece gökyüzünün üçte birinden fazlasını kapsayan, şimdiye kadar yapılmış en ayrıntılı 3D evren haritalarını üreten Sloan Dijital Gökyüzü Araştırması'nın  astronomik verileri toplama ve astrofizikçiler arasında dağıtma yöntemlerinde bir devrim yarattığının altını çizen Glimcher, beyin haritasının arkasındaki araştırma kuruluşu olan Uluslararası Beyin Laboratuvarı'nın (IBL) vizyonunun da beyin için bir Sloan Dijital Gökyüzü Araştırması oluşturmak olduğunu söyledi.

IBL'nin kurucu ortaklarından olan Pouget de bu haritanın nörobilimciler arasında yapılacak birçok büyük ölçekli iş birliğinin ilki olmasını ve devamının gelmesini beklediklerini belirterek, "Bunun diğer gruplara da ilham vermesini, onların da bu tür bir yaklaşımla çalışmaya başlamalarını umuyoruz" ifadelerini kullandı.