Beynin uzaktan kontrolü nasıl kullanılacak?

İnsanların zihinlerini kontrol edebilmek favori bilim kurgu temalarından biri, ancak genetik ve sinirbilim alanında yaşanan son gelişmeler bu fenomeni gerçek kılabilir.

Yaklaşık 10 yıl önce, Stanford Üniversitesi’nde biyomühendis olan Karl Deisseroth ve çalışma arkadaşları beynin optik kontrolü üzerine bir makale yayınladılar, bu gelişme optogenetik olarak kavramsallaştırıldı. Deisseroth ve meslektaşlarının öne sürdükleri nöronların ateşleme modellerinin ışık ile kontrol edilebilmesiydi. Projenin hayata geçirilmesi için, farenin sinir hücreleri “channelrhodopsin genleri” ile güçlendirildi.

uzaktan kumanda beyin

Channelrhodopsin doğada alglerde bulanan bir biyomolekül. Bu biyomolekül güneş enerjisini kullanarak yüklü iyonları hücre içine geçiren yolaklar açar. Yüklü iyonlar ise nöronların elektriksel aktivitelerini değiştirerek hayvanların davranışlarını etkiler. Çok geçmeden araştırmacılar çeşitli eklentiler ile belirli nöronların channelrhodopsin moleküllerini ışığa maruz bıraktılar. Belirlenen nöronların ışıkla uyarılması, istenen davranışın ortaya çıkmasını sağladı.

California Üniversitesi’nden Anatol Kreitzer ve takımı Deisseroth ile fare hareketlerinin bozulmasını konu alan bir proje için beraber çalıştı. Bu çalışmada araştırmacılar Parkinson hastalığını farelerde oluşturdular ve ileri bir aşama olarak, Parkinsonlu farelerin yeniden normal hareket ettirilmesini sağladılar. Bu gelişmelerden sonra, Deisseroth ve çalışma arkadaşı Luis de Lecca yaptıkları çalışmalarıyla farelerin beyinlerindeki bir grup nöronun aktifleştirilmesiyle hayvanların uyandırılabileceğini gösterdiler. Bu nöron grubu uyku ve uyanıklık durumlarının kontrolünden sorumlu.

Optogenetik çeşitli zorlukları olan bir alan. Araştırmacılar beyine ışığı iletebilmek için fiber optik kablolar nakletmek zorunda çünkü beynin yoğun yağ dokusu ışığı neredeyse geçiremez. Bu sınırlama daha az müdahaleci bir tekniğin gelişmesine neden oldu, DREADD. Bu kavramın Türkçe açılımı ‘tasarımcı alıcıların tasarlanan ilaçlar tarafından özel olarak etkinleştirilmesi’ şeklinde yapılabilir. DREADD metodunda, normal koşullarda asetilkolin isimli bir nörotransmitter ile aktifleştirilen bir reseptör değiştirilerek vücutta bulunmayan bir ilaçla aktifleşebilir hale getirilir. Tasarlanan ilaçla, nöronların manipülasyonu ve sonrasında değişen davranışlar gözlemlenebilir. İlacın vücutta uygulanması uzun bir süreç gerektirirken, çoğu görev sırasında beyin aktivitesinde hızlı bir değişim gözlemlenir. Oluşan bu zıtlık tekniğin önemli bir sakıncasını meydana getirir.

Geçen birkaç yılda, araştırmacılar düşük frekanslı radyo dalgalarının ya da manyetik alanın kullanıldığı daha yeni bir tekniğe öncü oldular. Yeni teknikte kullanılan radyo dalgaları ya da manyetik alan dokuya zarar vermeden kolayca nüfuz edebilmekte. Dalgalar, enjekte edilen demir oksit nano parçacıklarını ya da vücudun genetik olarak hedeflenen bölgesini ısıtır. Optogenetiğe benzer şekilde, ısıtılan nano parçacıklar iyon kanalları açar, bu yolaklar kalsiyum iyonunun hücre içine geçişine izin verir. İyon kanalları GRP, geçici reseptör potansiyeli, olarak kısaltılabilir. (Kavramın İngilizce kısaltması TRPV olarak geçer.) Nano parçacıklarının konumuna bağlı olarak, iyonlar çok fazla sayıda görev yerine getirebilir. Görevlerden birine örnek olarak, insülinin salınımını sağlayarak açlık hissinde yer alan mide hormonlarının bastırılmasına neden olması verilebilir.

Görünüşe bakılırsa, benzer bir teknolojinin nörolojik ve zihinsel hastalıkların tedavisinde kullanılması an meselesi. Bu sona doğru, bir takım araştırmacılar altın nano parçacıklarla çalışıyor. Bu altın nano parçacıklar ışığa maruz kaldıklarında, nöronların genlerinin değişmesine gerek kalmadan onların ateşlenmelerine neden olacak kadar ısı üretebilmektedir. Bu alanda daha fazla araştırmaya ihtiyaç duyulmakta. Beyin aktivitesinin değiştirilmesi için geliştirilecek olan yeni sistemlerin (örneğin derin beyin stimülasyonu) daha az müdahaleci ve potansiyelleri var olan tekniklere göre daha büyük.

Derin beyin simülasyonu (DBS) beyin aktivitesini değiştirmekte kullanılan yeni bir sistem. Çeşitli öncü çalışmalar üzerinde büyük gelişmeler gösterilmesinden dolayı, insan zihin kontrolünün çeşitli şekilleri çok daha önceden gerçekliğe kavuşmalıydı. Bizler yapay zeka ve robotik gibi yeni teknolojilerde olduğu gibi, bu yeni teknolojinin de yaşamlarımızı iyileştirmek için kullanıldığından emin olmalıyız.

Çeviri: Sevilay Münire Girgin

Yazı ilk olarak 21 Mart 2018 tarihinde Knowing Neurons sitesinde İngilizce olarak yayınlanmış olup NöroBlog’un Knowing Neurons ile gerçekleştirdiği işbirliği ile Türkçe diline çevrilmiş ve yayınlanmıştır.

Optogenetik: Beyni Işıkla Kontrol Etmek

Anasayfamızdan daha fazla sinirbilim yazısına ulaşabilir, podcast ve videolarımıza erişebilirsiniz.