İçinde yaşadığımız çağ genomik çağ olarak tanımlanmıştır. Genom, bir insanın DNA dizisinin tamamı olarak bilinmektedir. Her bireyin genomu bir diğerinden az da olsa farklıdır; bu farklılıklar göz rengi gibi dış özellikleri ve bazı biyolojik yatkınlıkları belirlemiştir. Ancak insanı yalnızca genleriyle açıklamanın yetersiz olduğu giderek daha açık biçimde ortaya konmuştur. Beynin yapısı ve işleyişi, genetik bilginin ötesinde bir düzen göstermiştir.
Bu noktada konnektom kavramı gündeme gelmiştir. Konnektom, beyindeki tüm sinir hücrelerinin (nöronların) ve bu hücreler arasındaki tüm bağlantıların (sinapsların) eksiksiz haritası olarak tanımlanmıştır. Her nöron bir düğüm, her sinaps ise bu düğümler arasındaki bir bağlantı olarak düşünülebilir. Bu açıdan konnektom, beynin ayrıntılı bir bağlantı şemasıdır.
Tam konnektomu çıkarılmış ilk canlı, sinir sistemi son derece basit olan bir yuvarlak solucandır. 1970’li ve 1980’li yıllarda yapılan çalışmalarda Caenorhabditis elegans adlı bu canlının yaklaşık 300 nörondan oluşan sinir sistemi ve bu nöronlar arasındaki yaklaşık 7.000 bağlantı haritalanmıştır. İnsan beyni ise yaklaşık 100 milyar nöron ve genomdaki harf sayısından yaklaşık bir milyon kat fazla bağlantı içermektedir. Bu nedenle insan konnektomunun karmaşıklığı, genomla karşılaştırılamayacak düzeydedir.
Bu bağlantı ağı neden bu kadar önemlidir? Sinirbilimde 19. yüzyıldan bu yana belleğin ve öğrenmenin nöronlar arasındaki bağlantılarla ilişkili olduğu düşünülmüştür. Anılar, kişilik özellikleri ve zihinsel yetilerin, nöronlar arasındaki bağlantı örüntülerinde kodlandığı varsayılmıştır. Bu düşünceden hareketle, 2010 yılında Sebastian Seung ve arkadaşlarının çalışmalarıyla “kişisel kimliğin konnektomda temellendiği” hipotezi ortaya atılmıştır. Bu yaklaşım, insanın yalnızca genlerinden değil, beynindeki bağlantıların özgün düzeninden ibaret olduğu fikrini öne sürmüştür.
Konnektom sabit bir yapı değildir. Çocukluk döneminden yaşlılığa kadar geçen süreçte nöronlar yeni dallar oluşturmuş, bazı dallar kaybolmuş, sinapslar eklenmiş ya da ortadan kalkmıştır. Sinapsların büyüklüğü ve etkinliği de zamanla değişmiştir. Bu değişimlerin bir bölümü genetik programlarla ilişkili bulunmuştur; ancak deneyimlerin ve çevresel etkilerin de belirleyici olduğu gösterilmiştir. Sinir hücrelerindeki elektriksel ve kimyasal etkinliklerin bağlantıları şekillendirdiği, düşünme ve öğrenme süreçlerinin konnektomu değiştirdiği saptanmıştır. Bu nedenle genetik olarak özdeş olan tek yumurta ikizlerinin bile konnektomları birebir aynı değildir.
Konnektom, doğa ile çevrenin kesiştiği nokta olarak tanımlanmıştır. Beynin bağlantıları deneyimlerde yeniden biçimlendirmiştir; bu da her bireyin zihinsel yapısının neden benzersiz olduğunu açıklamıştır. Bu yaklaşım, nörolojik ve psikiyatrik hastalıkları anlamada da yeni bir çerçeve sunmuştur. Otizm, şizofreni veya yeme bozuklukları gibi durumlarda “beyin bağlantıları farklıdır” iddiaları öne sürülmüş, ancak bu iddiaları doğrudan gösterecek ayrıntılı bağlantı haritaları uzun süre elde edilememiştir.
Gelişen mikroskopi, görüntüleme ve yapay zekâ tabanlı analiz yöntemleriyle, küçük beyin dokusu parçalarının konnektomları çıkarılmaya başlanmıştır. 2011 yılında Lichtman ve arkadaşlarının fare beyni üzerinde yürüttüğü çalışmalarda, üç boyutlu elektron mikroskopisi kullanılarak nöron dalları ve sinapslar ayrıntılı biçimde yeniden yapılandırılmıştır. Bu teknolojilerin ilerlemesiyle, insan beynine ait konnektomların da elde edilmesi hedeflenmiştir.
Konnektom araştırmaları yalnızca bugünü değil, insanın kendini anlama çabasının geleceğini de ilgilendirmiştir. Belleğin, kişiliğin ve zihinsel sürekliliğin bağlantı örüntülerinde saklandığı düşüncesi, “zihin nedir?” sorusuna biyolojik bir yanıt sunmuştur. Bu nedenle konnektom, modern sinirbilimin en büyük bilimsel ve teknolojik hedeflerinden biri olarak kabul edilmiştir.
Kaynaklar
Seung S. (2012). Connectome: How the Brain’s Wiring Makes Us Who We Are. Houghton Mifflin Harcourt.
White JG, Southgate E, Thomson JN, Brenner S. (1986). The structure of the nervous system of the nematode Caenorhabditis elegans. Philosophical Transactions of the Royal Society B.
Lichtman JW, Sanes JR. (2011). Omniscience, or the dream of a complete connectome. Journal of Neuroscience.
