Tag: Kübra Kömek

Nörobilim Araştırmalarında Optogenetik Yöntemler

Nature Methods tarafından 2010 yılının araştırma metodu olarak seçilen optogenetik, beyin hakkında bilmediğimiz birçok konuya açıklık getirmede umut vaat ediyor. MIT Synthetic Neurobiology Group Lideri Dr. Ed Boyden ve Stanford Üniversitesi profesörü Med. Dr. Karl Deisseroth tarafından keşfedilmiş ve Deisseroth Laboratuvarı başta olmak üzere çeşitli gruplar tarafından birçok farklı alanda uygulamaya geçirilerek daha da geliştirilmiş bu teknik, şizofreni, PTSD ve otizm başta olmak üzere birçok beyin hastalığının keşif ve tedavisi için heyecan verici sonuçlar gösteriyor.

Nörobilim araştırmalarını zorlaştıran ve ivmesini azaltan engellerin başında spesifik nöron gruplarını belli zamanlarda aktif edebileceğimiz yöntemlerin olmaması yer alıyordu. Şimdiye kadar kullanılan tekniklerin başında farmakolojik yöntemler yer almaktaydı; ki bu yöntemler hiçbir zaman istenen spesifik aktivasyonu sağlayamadığı için yarattığı yan etkilerden dolayı hem tanı ve keşifleri zorlaştırıyor hem de tedavi sürecinde istenilmeyen yan etkilere sebep oluyordu. Her ne kadar çeşitli hastalıklardaki temel sorun hakkında bazı bulgular olsa da, hücresel devrenin içine girip, farklı hücreleri devre dışı bırakmak ve sonradan tekrar devreye sokarak hangi nöron gruplarının ne tür fonksiyonlara sahip olduğunu ve bunlardan hangilerinin çeşitli beyin hastalıklarında önemli rol oynadığını kesin bir şekilde gösterebilmek, nörobilim araştırmalarında yeni bir çağ açabilirdi. Böyle bir mekanizmayla sadece spesifik hücre gruplarını aktifleştirebilseydik, onların nasıl bir güce sahip olduklarını ve temel fonksiyonlarını görebilirdik. Benzer bir şekilde işleyişini durdurarak da bu hücre gruplarının neden gerekli olduklarını öğrenebilirdik. Bu şekilde selektif nöron aktivasyonunu sağlamanın bir yolu doğada ışık aracılığıyla aktifleşen molekülleri bir şekilde bu nöronlara programlamaktır. Bu sayede nöronlar ışık altında elektrikle işler hale geçebilirler. Böylelikle bu nöronların aktif olması durumunda komşu hücreleri de aktif etmesi sorunu ortadan kalkar; bu durum nöron gruplarının aktivasyon paternleri anlamakta çok önemlidir. Bu moleküllerin aktivasyonları için gerekli olan ışık, hayvan modelleri ve ön klinik çalışmalarda kullanılabilen lazerlere bağlı optik fiber implantlarla sağlanabilir. Söz konusu mekanizma channelrhodopsin adı verilen ve daha verimli fotosentez yapabilmek için ışığa yönelen ve zarında ışığı elektriğe çevirebilen proteinler içeren bir alg türü aracılığıyla gerçekleştirilebiliyor. Solar hücre olarak çalışan bu algler, mavi ışık hücreye isabet ettiğinde küçük bir delik açılmasıyla yüklü parçaların göz beneğine girmesini sağlıyor. Channelrhodopsin, protein olmasından dolayı, organizmanın DNA’sında kodlanıyor ve bu DNA’yı alıp, virüs gibi bir gen terapi vektörüne koyarak incelenmek istenen nöronlara yerleştirilebiliyor. Böylelikle bu nöron doğal protein yapma mekanizmasını kullanarak ışığa duyarlı proteinleri işletiyor ve hücrenin çeşitli yerlerine dağıtıyor; ki bu da optogenetik metodla üretilmiş, ışıkla aktifleşebilen bir nöron sağlamış oluyor. Benzer şekilde halorhodopsin adlı farklı bir protein kullanarak da spesifik nöron gruplarının aktivasyonları sonlandırılabilir. Bu da belli nöron gruplarının aktivitesinin kısa bir süreliğine durdurulmasına olanak verdiği için çok önemli bir optogenetik araçtır.

Şimdiye kadar geliştirilen bilimsel yöntemler arasında şüphesiz en başlarda olan optogenetik metodu sayesinde önceden direkt test edilmesi mümkün olmayan teoriler incelenebiliyor. Bunlardan birisi de şizofreni ve otizmde önemli bir rol oynadığı düşünülen normalden yüksek kortikal eksitasyon ve inhibisyon oranı. Birçok farklı laboratuvar ve araştırma grubu şizofreni ve otizmde ortak olan sosyal davranış ve bilgi işleme bozukluklarının nörofizyolojik temelinde normalden yüksek eksitasyon-inhibisyon oranının olabileceğini göstermiş fakat böyle bir teorinin direkt test edilebilmesi mümkün olmamıştır. Bu teoriyi direkt olarak test etmek ve sağlıklı organizmalarda bu oranı artırmanın şizofreni ve otizmde gözlenen davranış ve işlev bozukluklarına sebep olup olmayacağını görmek için yaptıkları çalışmaların sonucunu Dr. Deisseroth ve ekibi geçtiğimiz yıl Nature dergisinde yayımladı. Fakat bu çalışma optogenetik alanındaki diğer çalışmalara göre biraz daha farklı, çünkü beyindeki bu değişikliği davranışsal boyutta görmek için biraz daha fazla zaman ve daha gelişmiş optogenetik araçlar gerekiyor. Bu gelişmiş teknikler kullanılarak eksitatör nöron aktivitesi artırılarak, artırılan eksitasyon-inhibisyon oranı beklenildiği üzere sosyal davranış ve bilgi işleme alanlarında sorunlara sebep oluyor. Bu araştırma yıllardır direkt test edilememiş bu teoriyi ispatlamasının yanısıra, tedaviye yönelik potansiyel mekanizmalar önermesi açısından da büyük önem taşıyor. Eksitatör nöronların aktivitesi artırılarak eksitasyon-inhibisyon oranı yükselen deneklerde daha sonradan inhibitör nöronların da aktivitesi artırılınca önceden gözlemlenen davranışsal ve işlemsel bozuklukların önemli bir oranda azaldığı gözlemlenmiştir. Bu da şizofreni ve otizm tedavisinde inhibitör nöronların fonksiyonlarının normalden yüksek eksitasyon-inhibisyon oranını dengelemek için artırılabileceğini önermesi açısından önemlidir.

 

Referanslar:

Boyden, Ed. (2011, May). Ed Boyden: A light switch for neurons [Video file] Retrieved from http://www.ted.com/talks/lang/en/ed_boyden.html

Deisseroth, K. (2011). Optogenetics. Nature Methods, 8, 26-29.

Yizhar, O., Fenno, L. E., Prigge, M., Schneider, F., Davidson, T. J., O’Shea, D. J., Sohal, V. S., et al. (2011). Neocortical excitation/inhibition balance in information processing and social dysfunction. Nature, 477, 171-178.

 

Yazar: Kübra Kömek

http://norobilim.com/wp-content/plugins/sociofluid/images/google_48.png http://norobilim.com/wp-content/plugins/sociofluid/images/facebook_48.png http://norobilim.com/wp-content/plugins/sociofluid/images/twitter_48.png

Somon Balığı ve Beyin Görüntüleme İkilemi

Yakın zamanda nörobilim dünyasını sarsan araştırmalardan biri Doktor Craig Bennett tarafından gerçekleştirildi. Bu sansasyonel çalışmada Dr. Bennett, bir Atlantik somon balığını marketten alıp, Dartmouth Üniversitesi’ ndeki laboratuvarına götürdü ve birkaç deney için fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) cihazına yerleştirdi. Bu araştırmanın amacı yeni birkaç metodu test etmekti. Ölü somon balığı görüntüleme cihazındayken, insanları farklı sosyal ortamlarda gösteren çeşitli fotoğraflar göstererek beyin aktivitesini incelemek istediler. İnsan deneklerinde olduğu gibi, somon balığına da ‘fotoğraftaki kişinin ne tür duygular içinde olabileceği’ soruldu. Tabii ki tüm bunlar yapılırken somon balığı ölü haldeydi.

Bu çalışmayı ilginç ve bir o kadar da tartışmalı yapan unsur da yaptıkları bu deney setinde somon balığının beyninden aldıkları sonuçlardı. Somonun araştırma grubuna bir sürprizi vardı. Voksel datayı inceledikleri zaman, somonun beyninde, sanki balık gördüğü resimler üzerine düşünüyormuşçasına, aktiviteye dair ipuçlarına rastladılar. Bennett bu çalışmanın sonuçlarını şöyle yorumladı: “Tamamı ile şans eseri olarak balığın beyninde önemli voksellerden aktivite gözlemdedik ve eğer absürd bir bilim adamı olsaydım, bu sonuçları ‘ölü bir somon balığı insanların duygularını proses edebilir’ diye yorumlardım”.

Bu sonuçlar her ne kadar çılgınlık gibi gözükse de, çok önemli bir konuyu vurguluyor. Çalışmanın ardından Dr. Bennett ve Kaliforniya Üniversitesi, Santa Barbara Profesörü George Wolford bunu yanlış pozitiflerin sebep olabileceği yanlış sonuçlar ve bunlara karşı önlem alınması adı altında bir makaleyle yayımladı.

Beyin görüntüleme yöntemleri gittikçe daha da hızlı bir şekilde ilerliyor fakat buna rağmen bu tür yöntemlerden alınan sonuçları en doğru şekilde analiz edebilecek istatiksel yöntemler benzeri bir ivme kazanamadı. Bu sebeple, ölü bir balığın beyninde aktivasyona kadar gidebilecek yanlış pozitifler beyin alanındaki gelişmeleri kötü yönde etkilemektedir.

Her ne kadar kulağa oldukça gülünç de gelse, bu araştırma yaygın olarak kullanılan fonksiyonel manyetik rezonans yönteminde sıkça karşılanan bir sorunu konu edinmiştir ve bilim insanlarının bu konuda dikkatli olması gerektiğini vurgulamıştır. Böylece beyni ve nasıl çalıştığını daha iyi anlamak için elimizde olan datayı daha verimli ve hatasız bir şekilde kullanabilmemizin matematiksel yöntemlere daha çok önem vermekten geçtiğinin altı bir kez daha çizilmiştir .

Görsel: Craig Bennett posterinden.

Yazar: Kübra Kömek

http://norobilim.com/wp-content/plugins/sociofluid/images/google_48.png http://norobilim.com/wp-content/plugins/sociofluid/images/facebook_48.png http://norobilim.com/wp-content/plugins/sociofluid/images/twitter_48.png

Zebralar Neden Ülser Olmazlar?

Primatlar üzerine yaptığı araştırmalarla dünyaca ün kazanmış bilim adamı Robert Sapolsky’nin ‘Zebralar Neden Ülser Olmazlar?’ adlı kitabının dünya çapındaki okuyucuları her geçen gün hızla artıyor. İnsanlarda diğer primatlara kıyasla ülser ve benzeri mide hastalıklarının stresle olan ilgisi üzerine yıllarca araştırma yapmış Stanford Üniversitesi Profesörü Sapolsky, bu konudaki görüş ve bilgilerini, oldukça eğlenceli bir dille yazdığı bu kitapla okuyucularıyla ilk kez 1994 yılında paylaştı. En son üçüncü basımı 2004 yılında yayımlanan kitaba eklenen bölümlerden bazılarının başlıkları şöyle:

“Stresin uyku ve madde bağımlılığını üzerindeki etkileri”
“Anksiyete ve kişilik bozuklukları alanındaki yeni gelişmeler”
“Tinselliğin stres yönetimindeki etkisi”

Sapolsky’nin de kitabında değindiği gibi çoğumuz geceleri yatağa uzandığımızda, cüzzam ya da sıtmaya tutulup tutulmadığımız konusunda endişelenmeyiz. Bunun yerine, bizim korktuğumuz hastalıklar ve bizi zehirleyen hastalıklar, kalp hastalıkları ve kanser gibi zararın yavaş yavaş birikiminden kaynaklanan hastalıklar. Endişelendiğimiz veya stresli olduğumuz zamanlarda, vücudumuz diğer hayvanlarla aynı tepkiyi veriyor fakat biz strese sebep olan faktörlerle başa çıkmak için, diğer primatlar gibi savaş ya da kaç taktiğini kullanamıyoruz. Bu sebeple stresle diğer primatlara oranla çok daha uzun süre yaşamamız gerekiyor ve bu uzun süreli stres de bizi zamanla hastalığa itiyor.

Bu alandaki en yeni araştırmaların sonuçlarını, mizah ve pratik tavsiyelerle birleştirerek okuyucularına sunduğu bu kitapta Sapolsky, uzun süreli stresin birçok fiziksel ve ruhsal rahatsızlıklara nasıl sebep olduğunu ya da bu durumları nasıl kötüleştirdiğini anlatıyor. Kitapta bahsedilen stres nedenli hastalıklardan bazıları şunlar: depresyon, ülser, kolit, kalp rahatsızlıkları ve kanser. Bu tür bilgilerin yanısıra, stresle nasıl başaçıkabileceğimiz konusunda da pratik çözümlerde bulunuyor ünlü Profesör Sapolsky.

İyi okumalar!

Yazar: Kübra Kömek

http://norobilim.com/wp-content/plugins/sociofluid/images/google_48.png http://norobilim.com/wp-content/plugins/sociofluid/images/facebook_48.png http://norobilim.com/wp-content/plugins/sociofluid/images/twitter_48.png
 

Please log in to vote

You need to log in to vote. If you already had an account, you may log in here

Alternatively, if you do not have an account yet you can create one here.