Beyin Aktivitelerini Gözlemlemek İçin Kullanılan Yeni Araçlar

  • 04-07-2018 07:32
  • 73

Yeni araçlar sayesinde hareket halindeki organizmaların beyin aktiviteleri gözlemlenebiliyor.Üç yeni araç, bilim insanlarına hareket ederken bile beyin ve sinir sistemi içinde neler olup bittiğini görmelerine olanak veriyor.Bu araçlardan biri, küçük hayvanlarda hareket ederken veya başka şeyler yaparken beyin hücrelerini ve nöronları çekebilen yeni bir mikroskop. Başka bir araç, canlı hayvanlarda manyetik alan veya radyo dalgaları kullanarak nöronları açıp kapatıyor. Üçüncü teknoloji, insan beyninde neler olduğunu görmek için tasarlanmış taşınabilir bir araçtan ibaret.Bu yeni araçlar, bilim insanlarının beyin hakkında daha fazla şey öğrenmelerine yardımcı olabilir.

Beyniniz vücudun komuta merkezidir. Her tarafa sinyaller gönderir ve alır. Bu sinyaller vücudumuzun yaptıklarını ve nasıl davrandığımızı kontrol eder. Bu mesajları okumak beynin normal olarak vücudun geri kalanıyla nasıl etkileşime girdiğine ışık tutabilir. Ve bu, bilim insanlarının beyni etkileyen hastalıklarda neyin yanlış gittiğine ve tedavi edilmesine yardımcı olabilir.

New York Columbia Üniversitesi'nde biyomedikal mühendis Elizabeth Hillman'nın ekibinin yeni mikroskobu hayvanların beyninde olan hareketleri canlı hareket halindeyken bile çekebiliyor.

Model organizma olarak genellikle meyve sinekleri ve yuvarlak solucanlar gibi hayvanlar kullanılıyor. İnsan beynindeki yaklaşık 100 milyara kıyasla, yarım milyondan daha az nörona sahip olabilirler. Yine de bu hayvanlardaki sinir merkezleri, insanların beyinleri ile aynı şeyleri yapar. Ve genellikle aynı tipteki hücreleri, organları veya sinyal moleküllerini kullanarak yaparlar.

Bazı hayvanların beyinlerini araştırmayı kolaylaştırmak için, bilim adamları hayvanların genleri üzerinde değişiklik yaptılar. Deneklerdeki beyin hücreleri, belli bir ışık dalga boyuna maruz kaldıklarında kısa süreli parlıyor. Yuvarlak kurtlar ve zebra balığı gibi bu hayvanlardan bazıları doğal olarak saydamdır.  Böylece proteinleri parladığında, bu parıltı vücudun dışından görülebilir. Bu, araştırmacıların, içlerinde neler olduğunu görmek için hayvanları kesmek zorunda olmadıkları anlamına gelir.

Çoğu kamera sistemi, nöronların harekete geçtiğini görmek için tüm beynin görüntülerini yeterince hızlı çekemez. Eylemi yakalamak, bu aktivitenin çeşitli aşamalarında görüntü almak anlamına gelir. Geçmişte, bir sinek beyninin en hızlı 3 boyutlu görüntüsü oluşturmak bile en az bir saniye sürüyordu. İnsanlarda, beyne giden sinyaller saatte 400 kilometreden (250 mil) daha fazla yolculuk yapabilir. Bir eylem, normal bir mikroskop kamerasının bir resmi bile yakalamadan çok önce başlayıp tamamlanabilir.

SCAPE adı verilen cihaz, 3 boyutlu görüntüyü çekmek için bir nesneyi tarar. Fakat birbiri ardına gelen noktaları tarayarak resimi oluştumak oldukça yavaş oluduğundan, Hillman ışık tabakası mikroskobu olarak adlandırılan farklı bir tekniği kullandı. Bu teknikte bir kerede birçok noktayı aydınlatan bir lazer ışığı ile bir düzlem aydınlatıyor. Bu düzleme odaklanan bir kamera, nöronun  yanıp sönmesi dahil olmak üzere tüm katmanın bir resmini çekiyor.

3 boyutlu bir görüntü oluşturmak için çoğunlukla her katmanı taramak için numuneyi yukarı ve aşağı hareket ettirmek gerekir. Numunenin hareket etmediği daha gelişmiş bir sistemde bile, en az bir kamera lensi ışık tabakasına yetişmek için hareket etmek zorundadır.

Örneği veya lensi hareket ettirmek yerine, neden ışık tabakasını hareket ettirmek için ayna kullan mıyorsunuz? Hillman ve ekibi bunu nasıl yapacaklarını hakkında beyin fırtınası yaptı. Bu süre zarfında laboratuarlarına bir ayna sistemi geldi. Bu poligonal ayna başka bir yüksek lisans öğrencisi projesi içindi. Tekerlek benzeri nesne, 12 yüzeye sahipti, süpermarket barkod tarayıcılarında kullanılan aynalara benzer. Her taraf düz bir aynaydı. Hillman, lazer ışığını bir örnekle hareket ettirmek için açılı aynaları kullanabileceğini düşündü. Birçok denemeden sonra, ekibi yeni görüntüleme sistemini çalıştı. Kurulumdaki başka hiçbir şey hareket etmiyor. Fakat baktıkları küçük hayvan hareket ediyor olabilir. Her hangi bir anda, onun sistemi beynin 3 boyutlu bir videosunu ve nöronlarının aktivitesini çekebilir.