Bilim İnsanları Beyin Görüntüleme ile Beyin Ağlarının Genetik Temellerini Buldular!

brean1

 Stanford Tıp Fakültesi’nde yapılan yeni bir araştırmada; birbirlerinden ayrı beyin bölgeleri arasındaki senkronize olmuş fizyolojik etkileşimin genetik temellere sahip olduğu bulundu.

Bu araştırmanın baş yazarlarından Nöroloji ve Nöroloji Bilimleri yardımcı profesörü Michael Grecius, Stanford Üniversitesi’nde yapılan bu araştırmayı, Seattle merkezli Allen Beyin Bilimleri Enstitüsü ve çok merkezli Avrupa Projesi olan IMAGEN konsorsiyumun desteklendiğini bildirmekte.

Nörobilimciler tarafından ortaya çıkan ortak görüş; bilişsel operasyonların sadece beynin tek tek bölgelerinde  faaaliyet göstermediğini ayrıca birbirinden uzak pek çok beyin bölgelerinin (birbiri ile beyaz madde yoluyla otomatik olarak ya da dolaylı olarak ara düğümler yoluyla bağlanan) fonksiyonel bir bağlantıyı paylaştıkları. Bu bölgelerdeki aktivitenin de sıkı bir şekilde birleşik olduğu anlamına da gelmektedir.

Herhangi bir fonksiyonel aktivite, en fazla, normal olarak bu ağla ilişkili bir işi ortaya koyduğu süre boyunca aktiftir. Otobiyografik hafızada olduğu gibi. (“Dün akşam yemekte ne yedim?”)

Ancak, bileşimde yer alan bölgelerin aynı zamanlı aktivitesi, ağlar çalışmazken de çalışmaya devam eder. Stanford Üniversitesi Hafıza Bozuklukları Merkezi müdürü Greicius: “Bir düzineden fazla fonksiyonel ağlar, dinleme-evresi fonskiyonel manyetik rezonans görüntüleme (rsfMRI ya da R-fMRI) ile tanımlanmıştır.”

Dinlenme-evresi sürsesince rsfMRI taramalarında, kişilerden, bir süreliğine uzanıp rahatlamaları istenir. Bu taramaların sonuçları; kişilerin beyinlerinin fonksiyonel ağlarının, kendi ayırd edilebilir frekansları ve fazlarında tıpkı radyoda, aynı anda yayın yapan ama sessizce bu yayını yapan radyo istasyonları gibi çalışmaya-konuşmaya devam ettiğini göstermektedir. Ancak, beyin boyunca beynin farklı bölgelerindeki lokal kan akışlarını ölçen dinlenme-evresinden beyin görüntüleri elde edilse de edilmese de, aslında yansıyan bu nöral aktivite tartışmaya açıktır.

Greicius: “dinlenme-evresi ağ aktivitesinin doğruluğu konusunda bazı şüpheler mevcuttu. Biz daha derine inip, bu görüntülerin sonuçlarının moleküler temellerini görmek istedik ki bu da; beyinin bu muhteşem foksiyonel ağ bağlantı yapısını dinlenirken bile sürdürdüğünü göstermektedir.”

İlk olarak, Greicius ve meslektaşları, 15 sağlıklı yetişkin gönüllüden sadece uzanıp, rahatlamalarını isterler ve 8 dakika kadar onların dinlenme-evresindeki beyin görüntülerinden sayısal datalar elde ederler. Bu onların çok iyi çizilmiş, pek çok fonksiyonel ağların yerine belirlemelerini sağlar.

Daha sonra araştırmacılar, fonksiyonel ağlara denk gelen bölgelerdeki bu fonksiyonel bağlantıyı destekleyen ya da en azından içeren gen-ifade profillerinin (her bir insan genomunun yaklaşık olarak 20.000 bilinen geninin aktivite seviyesinin ölçülmesi) araştırırlar.

Yaşayan insandaki beyin dokularının gen-profil ifadelerini elde etmek için noninvasif-müdahelesiz bir yol yoktur. Ancak, şimdi İsviçre, Cenevre’de bulunan Cenevre Üniversitesi’ndeki Greicius’un laboratuvarında çalışan doktora derecesine sahip araştırmacı Jonas Richiardi, titizlikle arşivlenen dataya sahip olan Allen Enstitüsü’nde ölüm sonrası insan beyin örnekleri koleksiyonunu, dikkatli bir şekilde eklenen notlarıyla kullanır. Enstitü’deki bilim insanları, beyinin belirli lokasyonlardan çıkardıkları bir kaç yüz dokunun gen-ifade profillerini çıkarmışlardır. Richiardi, Nöroloji dalı öğretim üyesi olan Dr. Andre Altmann’la bu araştırma hakkındaki bilgileri beraber yazarak paylaşırlar.

Greicius ve meslektaşları, odak noktalarını beynin her iki yarım küresindeki ayrık ve bitişik olmayan bölgelerden oluşan 4 fonksiyonel ağ ile ilişkilendirilen kortikal alanlara kadar çalışmalarını daraltırlar ve bunlar, Allen Enstitüsü’nün insan-beyin veritabanında çok iyi bir şekilde sunulur.

Araştırmacılar, beynin istirahat modunun (default mode) otobiyografik hafıza ile ilişkilendirilen ağının yanında, beynin duyu-motoru, mekansal görüş ve salience-dikkat çekme-duygusal ağlarının bileşen bölgelerinin gen ifade profillerine bakarlar.

Araştırmacılar, özellikle ağlar arasında ya da ağların dışında değil de bir ağ içerisindeki daha çok senkronize şekilde bölgeden bölgeye gen ifadelerinin yükselip alçaldığı belirli bir dizi gen aramaktadırlar. Onlar gelişmiş istatiksel metodları kullanarak, her bir ağ içindeki bölgelerdeki gen ifadelerinin ilişkili bir kalıbını gösteren 136 adet genden oluşmuş bir dizi tanımlarlar. Greicius,bu 136 genin herhangi tek bir ağa özgü olmadığını dile getirir. Greicius, bir bölgedeki herhangi bir ağdaki yüksek, orta ve düşük seviyede ifade edilmiş bu genlerden herhangi bir tanesinin, hangi ağın olduğuna bakılmadan, o ağın diğer bölgelerindeki yöndeş-ona karşılık gelen seviyede de ifade edilmekte olduğunu söyler.

Önemli bir nokta; bu genlerden bir miktarı, sinir hücrelerinin işaretini taşıyan aktiviteye(elektrik uyarıların üretilmesi,yayılması) yardımıcı olan protein kodlamaktadır. Bazıları, sinir hücrelerinin dış zarlarına kadar yayılan voltaj farklılıklarını devamlılığını sağlayıp, modüle eden iyon kanallarıdır. Diğerleri, bir devre içerisindeki bir sinir hücresinin diğeri ile irtibat kurduğu  birleşme yerinde bulunurlar.

Stanford Ekibi, tespitlerini başka bir veritabanına yönelerek doğrularlar. IMAGEN konsorsiyum, 14 yaşındakiler üzerinde geniş çapta görüntülemeye,bilişsel ve genetiğe dayalı testler yürütmektedir. Bu testlerle, bu yaşta çocuklar içerisinde kimin 16 yaşına girdiğinde madde bağımlılığı gibi bir problemle karşılaşma konusunda en yüksek riske sahip olduğu tespit edilmeye çalışılmaktadır. Diğer şeylerin arasında, IMAGEN veritabanı, deneklerin genom dizilim normlarındaki çok küçük değişkenlerin bile içerdiği detaylı enformasyona sahiptir. Altmann, 259 sağlıklı ergen içindeki ilgilendikleri 136 gende bulunan değişkenlerin analizinde başı çekmektedir. Bu deneklerin ağ-bağlantı gücü, kısmen, bu 136 genin genetik-değişken profilleri tarafından belirlenmiştir.

Allen Enstitüsü’nin beyin ve fare bağlantı atlası olan iki ek data setinden elde edilen doku örnekleri kullanılarak yapılan ek deneyler de, insanlar üzerinde yapılan araştırmlardan elde edilen bulguları onaylamakta ve desteklemektedir. Altman: “Bu paylaşılan ve geniş çapta güven uyandıran data seti, bu çalışmanın bir başka önemli özelliğidir ve bilimsel datanın rahatça ulaşılabilir  olmasının değerine de dikkat çekmektedir. Bizim bir fikrimiz vardı ve epey zahmetle topladıkları datayı paylaşacak istekli işbirlikçiler bulduk.”

Fonksiyonel-bağlantıyla ilişkili gen setlerinin tanımlanması, örneğin; nörodejenerasyonun bir ağ içinde nasıl çoğaldığını bulmak gibi, hedeflenmiş klinik uygulamaları için bir imkan sağlamaktadır.

Richiardi: “Bizim bu çalışmamız, bir takım nöropsikiyatrik bozukluklar için potansiyel çıkarımlara sahip.”

Örneğin; kanıtlar, Alzheimer hastalığının, bir kişinin yakın zamandaki otobiyografik olayları hatırladığında aktif olan beyindeki istiharat-default-mod ağı diye adlandırılan bir bölgeden bir diğerine yayıldığını ortaya koymakta. Dinleme-durmu görüntüleri, fMRI’ın uygulanmadığı zamanlarda istisnai bir potansiyele sahip. Alzheimer hastaları, örneğin; hafızaya dayalı işlere odaklanmada zorluk çekmekte. Gelecekteki çalışma, diğer ağlar içinde değil de, tek bir ağ içindeki bağlantıya sahip gen ifadeleri üzerinde odaklanmayı içerecektir. Örneğin; istirahat-default modundaki bu ağa bağlı belirli genler üzerinde odaklanılarak, Alzherimer hastalığına yönelik yeni anlayışlara sahip olunabilir.

Çeviren: AylinER
http://medicalxpress.com/news/2015-06-scientists-genetic-basis-brain-networks.html

Check Also

Geri Dönüşü Olmayan İnsan Ruhunun Ölümsüz Yolculuğu