Bir gramlık mikroskop bilim insanlarının aynı anda 8.500 nöronu izlemesini sağlıyor
Beynin, birlikte ateşlenen milyarlarca nöronu tek bir karara, bir anıya veya ani bir harekete nasıl dönüştürdüğünü anlamak, bilimin en zor problemlerinden biridir. Zorluğun büyük bir kısmı, bunun gerçekleşmesini görmektir: çoğu görüntüleme aracı hantal, kablolara bağlı veya aynı anda yalnızca küçük bir beyin dokusu parçasını izleyebilir. Bir Çinli araştırmacı ekibi, artık türünün en hafif kablosuz mikroskobunu geliştirdiğini söylüyor: serbestçe hareket eden bir hayvanda binlerce nöronun aktivitesini kaydedebilen, yalnızca bir gram ağırlığında bir cihaz.
Cihaz, tek bir hücre yerine nispeten geniş doku alanlarını görüntülemek üzere tasarlanmış bir mikroskop sınıfı olan mezoskoptur. CCTV’ye göre, ekibin cihazı altı milimetre genişliğinde bir görüş alanında çalışıyor ve tek tek hücreleri ayırt edebiliyor. Fareler üzerinde yapılan testlerde, serebral korteksteki 8.500’den fazla nöronun aktivitesini aynı anda kaydetti — bu, mevcut benzer ekipmanların eşzamanlı olarak kaydedebildiği sayının yaklaşık 25 katı. Sonuçlar 19 Ekim’de çevrimiçi olarak, dünyanın önde gelen bilim dergilerinden Nature’da yayımlandı.
Atılım, biyolojik olduğu kadar mühendislik başarısıdır da. Geleneksel bir tezgah mikroskobu bir farenin kafasına binemez ve sabit bir düzeneğe uzanan bir kablo hayvanı bağlar ve bilim insanlarının gözlemlemek istediği davranışı tam da bozar. Optik, sensörler, güç ve kablosuz iletimi, bir hayvanın belirgin bir zorlanma olmadan taşıyabileceği bir şeye sığdırmak, minyatürleştirme ve veri işlemede yeni yaklaşımlar gerektirdi. Bir gram ağırlığıyla cihaz, araştırmacıların doğal hareketi anlamlı şekilde etkilemeyeceğine inandığı kadar hafif.
Bu önemli çünkü beyin aktivitesinin anlam kazandığı yer davranıştır. Bir hayvan keşfederken, sosyalleşirken, bir görevi öğrenirken veya bir tehdide tepki verirken nöronların ateşlenmesini izlemek, sinir devrelerinin karmaşık davranışı nasıl düzenlediğini anlamanın merkezindedir. Şimdiye kadar laboratuvarlar genellikle kafası sabitlenmiş bir hayvanda yüksek çözünürlüklü kayıt ile doğal olarak hareket edebilen bir hayvanda daha geniş gözlem arasında seçim yapmak zorundaydı. Aynı anda binlerce hücreyi yakalayan kablosuz bir cihaz, bu ödünleşimi önemli ölçüde azaltmayı vaat ediyor.
Nature’da yayımlanması, çalışmaya uluslararası görünürlük kazandırıyor ve sonuçların titiz hakem değerlendirmesinden geçtiğini gösteriyor. Aynı zamanda Çinli araştırma gruplarını, araç yapımının tarihsel olarak ABD ve Avrupa’daki laboratuvarların egemenliğinde olduğu bir alan olan nöroteknoloji donanımında kesin olarak liderler arasına yerleştiriyor. Ekip ticari bir lansmanın ayrıntılarını vermedi, ancak bu tür cihazlar nörobilim camiasında hızla yayılma eğilimindedir, çünkü beyne daha iyi bir pencere neredeyse onu inceleyen her laboratuvar için faydalıdır.
Daha geniş kamuoyu için pratik getiri muhtemelen dolaylı ama gerçektir. Büyük nöron popülasyonlarının nasıl koordine olduğunu haritalamak, öğrenme, hafıza, uyku ve nörolojik hastalık çalışmaları için temeldir. Daha iyi araçlar otomatik olarak tedavi üretmez, ancak hangi soruların yanıtlanabilir hale geldiğini değiştirir. Binlerce nöronu günlük davranış boyunca takip edebilen bir mikroskop, daha önce varsayımsal olan bazı deneyleri rutin hale getirir.
Dikkate değer sınırlamalar var. Çalışma farelerde yapıldı ve bulguları türler arasında aktarmak asla otomatik değildir. Cihaz ayrıca derin beyin yapıları yerine yüzey bölgesi olan korteksten kayıt yapıyor. Yine de manşet rakam — tek bir gram, altı milimetrelik bir görüş, aynı anda 8.500’den fazla nöron — giyilebilir bir beyin sensörünün ne olabileceğine dair beklentileri sıfırlayan türden bir kilometre taşı.
Uzun süredir araçlarıyla sınırlı olan bir alan için bu önemli. Sonraki adım, diğer laboratuvarların cihazı ne kadar yaygın benimseyeceğini ve aynı anda binlerce nöronu izlemek olağan hale geldiğinde hangi keşiflerin geleceğini görmek olacak.