Milyarlarca Sinir Hücresini Nasıl Sayıyoruz?

[n]Beyin > Biyoloji, Sinirbilim, Yazılar 27 Temmuz 2014
3.952

Biyolojik bilimlerde sayılar, çoğu zaman tahayyül etmekte zorlandığımız bazı bilgileri vermek için kullanılır. Mesela vücudumuzda yaklaşık kaç tane hücre vardır diye merak edip internette bir arama yaparsanız kabaca 100 trilyon gibi bir sayı ile karşılaşırsınız. Bedenimizdeki kan damarlarının uzunluğunun dünya çevresini kat kat aşacak mesafeler tuttuğunu, akciğerlerimizdeki hava değişim yüzeyleri olan alveollerin aslında bir tenis kortu kadar alan kapladığını duymuşsunuzdur. Peki evrenin en karmaşık yapılanması olan insan beyninde ne kadar sinir hücresi olduğunu tahmin edebilir misiniz?

Beynimizdeki sinir hücrelerinin sayısı uzun yıllardır ilgi çekiyor. Çünkü beynimizin temel işlem birimleri olan sinir hücrelerinin sayısı, bize beynin işlevi ile ilgili illa ki bir fikir vermelidir diye düşünürüz. Sayıları bilmenin cazibesinden olsa gerek uzunca bir zaman boyunca bilim insanları bu tip soruların cevaplarını ararlar.

Fakat ortada ciddi bir sorun var aslında: en iyimser tahminlerde bile beynimizde milyarlaca sinir hücresi olmalıdır! Peki bu kadar hücreyi sayabilmek mümkün mü?

Basit bir hesap işin zorluğunu gösterecektir aslında. Teknik bütün zorlukları bir kenara bırakarak kabaca yüz milyar sinir hücresi içeren bir organdaki hücreleri saymaya karar verdiğimizi düşünelim. Hücreleri rahatlıkla görebileceğimizi düşünüp her saniyede de ortalama üç hücre sayabileceğimizi hayal edersek dakikada 180, saatte 10.800, günde 259.200 hücre sayabiliyoruz. Dikkat ederseniz, uyku, yemek veya tuvalet molası vermedik! Hesaba bu şekilde devam edersek, 100 milyar hücreyi saymak için, uykusuz, molasız 1000 yıldan biraz daha fazla zamana ihtiyacımız oluyor! Bu pek de verimli ve uygulanabilir bir yöntem değil.

Anlaşıldığı kadarıyla tek tek bütün hücreleri saymak pek mantıklı değil. Peki, şöyle bir şey yapsak: ilgilendiğimiz organın minik bir parçasını alsak, oradaki hücreleri tek tek saysak ve ardından bu elimizdeki örneğin tüm organın kaçta kaçı olduğunu hesaplayıp (mesela ağırlık oranlarından yola çıkarak) toplam hücre sayısını tahmin etmeye çalışsak? Mantıklı gibi görünüyor; fakat buradaki sorun, biyolojik dokulardaki hücrelerin her yere eşit oranlarda dağılmış durumda olmamaları. Özellikle beynimiz söz konusu olduğunda, mesela beyin kabuğu tıka basa hücrelerle doluyken beynin iç kısımlarındaki beyaz madde dediğimiz bölgede çok az sayıda sinir hücresi mevcut. Dolayısıyla, mesela ağırlık olarak beyin kabuğundan aldığımız bir örnek bize fazla bir sayı verirken beyaz madde bölümünden alacağımız bir örnekten yola çıktığımız takdirde hücre sayısını olduğundan çok daha az hesaplayacağız.

Fakat neyse ki gerçek çalışmalarda ne böyle nesiller boyu hücre sayımı yapmamıza ne de kafa karıştırıcı tahmin usullerine başvurmamıza gerek kalıyor. Özellikle 80’li yıllarda geliştirilen stereolojik sayı hesaplama yöntemleri sayesinde bu tip sayılar oldukça kolay bir şekilde hesaplanabiliyor. Stereoloji, kesitler aracılığıyla ancak görebildiğimiz materyallerin, mesela organların içinde bulunan hücre, damar, kesecik, sinaptik bağlantı gibi bileşenlerin, sayı, uzunluk, alan, hacim gibi değerlerini doğru olarak hesaplamayı sağlayan bir dizi yöntemi kapsayan bir bilimsel araştırma alanıdır.

Tipik bir mikroskobik beyin kesitinde sinir hücrelerinin görüntüsü. Belli bir kuşakta sıkıca toparlanmış ve koyu renkli görünen yapılar, sinir hücreleridir.

Hücre sayımı için de bugün en çok kullandığımız yöntem, stereolojik sayı hesaplama yöntemlerinden biri olan “parçalama” (fractionator) yöntemidir. Temel mantık, beynin tamamını temsil edebilecek şekilde seçilmiş, çok küçük bir örnek üzerinden hücre sayımı yapıp buradan beyindeki toplam sayıyı, basit bir oran hesaplama yöntemi ile bulmaktır.

BİR EKMEKTE KAÇ TANE HAVA KABARCIĞI VARDIR?

Mantığın nasıl çalıştığını anlamak için basit ve yapay bir probleme bakalım: Mesela fırından aldığımız ekmeklerin içinde ortalama kaç tane hava kabarcığı bulunduğunu belirlemeye çalışıyor olalım. Dikkat ederseniz, bizi tam olarak tek bir ekmeğin içindeki hava kabarcıklarının sayısı değil, tüm ekmeklerdeki ortalama kabarcık sayısı ilgilendiriyor.

Beyin çalışmalarında da böyledir; her insanda farklı sayıda hücre olacağı açıktır ve biz “ortalama olarak” belli bir yaş grubundaki erkeklerde veya kadınlarda kaç sinir hücresi olduğunu bilmek isteriz. Ekmek örneğimize geri dönersek evde deneyebileceğiniz kadar basit bir yöntemi vardır bu işin. Öncelikle birden fazla ekmeği incelemelisiniz; çünkü “ortalama” bir sayı hesaplayıp, tüm ekmekler için bir sonuç bulmaya çalışacaksınız. Diyelim ki on tane ekmek alıp eve geldiniz. Şimdi yapmanız gereken şey kabarcıkları görmek için ekmeği dilimlere ayırmaktır. Ne kadar ince dilimler keserseniz kabarcıkları da o kadar net görebilirsiniz. Diyelim ki elinizde ince bir dilimleme makinanız var (bizim laboratuvarlarımızda beyinler için kullandığımız dilimleme aletlerine mikrotom adını veriyoruz). Ekmeği bir kaç milimetrelik incecik dilimler halinde baştan sona dilimlediniz ve diyelim ki neticede elinizde 100 tane dilim oldu. Dilimlere bakarsanız, kabarcıkları görebildiğinizi ve sayabildiğinizi fark edersiniz (tamam, o kadar kolay değildir elbette; fakat sadece belli büyüklüğün, mesela 3 milimetrenin üzerindeki iri kabarcıklara odaklanalım, hepsine değil!). Fakat elinizde incelemeniz gereken daha dokuz ekmek var ve hepsinde de farklı sayıda kabarcık var. O yüzden işimizi biraz kolaylaştırmak için dilimler arasından bir “örnekleme” yapmamız mantıklı olacaktır. Mesela, toplam 10 tane dilim seçsek ve bunlardaki kabarcıkları saysak işimiz gayet kolay olurdu. Saydığımız kabarcıkların sayısını 10 ile çarparak toplam kabarcık sayısını bulurduk.

Bunu yapmaya karar verdik diyelim. Peki, hangi 10 dilimi seçeceğiz? Malum, ilk baştaki dilimler oldukça küçüktür, ortadakilerse oldukça büyük. Öyle bir seçim yapalım ki hem bu ekmekte hem de bundan sonra inceleyeceğimiz ekmekteki tüm dilimler, eşit olarak seçilme şansına sahip olsun. (Buraya dikkat: ekmekteki hava kabarcıkları gayet homojen olarak dağılmıştır; ama mesela beyin söz konusu olsaydı dağılım bu kadar düzgün olmayacak ve bu eşit şans verme meselesi çok daha önemli hale gelecekti.) Bu tarz bir seçim işi için “sistematik rastgele örnekleme” diye bir yöntem kullanırız. Kısaca şöyledir: 100 dilimden 10 tanesini seçeceğimiz için ilk dilimden itibaren her onuncu dilimi seçmemiz bize yeter. Fakat inceleyeceğimiz tüm ekmeklerde her zaman birinci dilimden başlarsak ekmeklerin kabaca hep aynı yerlerindeki kabarcıkları saymak durumunda kalacağız. O zaman şöyle yaparız: İlk ekmeğimizi incelerken, 1 ve 10 arasında rastgele bir sayı seçeriz (mesela, bir torbaya attığımız 1 ve 10 arasındaki sayılardan birisini tombaladan çeker gibi çekeriz). Diyelim ki 4 numara geldi. İlk dilim olarak dört numarayı alır ve ardından sırayla 14, 24, 34, 44, 54, 64, 74, 84 ve 94 numaralı dilimleri seçeriz. İlk seçimi “rastgele” yaptığımız için tüm dilimlerimize eşit şans verdik ve ardından eşit aralıklarla seçimimizi devam ettirerek bütün ekmeğimizden eşit dağılımlı bir örnek elde ettik. Bunu tüm ekmekler için yaptığımızda her seferinde rastgele bir başlangıçla seçilen dilimler, bize ekmeklerdeki hava kabarcıklarının oldukça geniş temsilli bir örneklemesini verecektir.

HÜCRE SAYISI NEDEN HESAPLANIR?

Bütün bu zorluklara rağmen, hücre sayımı biyolojk çalışmalarda oldukça sık kullandığımız bir yöntemdir. Mesela zehirli bir maddenin etkisini, hücre sayısı üzerinde yaptığı etkilere bakarak çıkarabilmekteyiz. Yahut genç-yaşlı, erkek-dişi, Asyalı-Avrupalı gibi gruplarda bu sayıların nasıl değiştiğini görmek bazen oldukça bilgi verici olabilmekte.

Laboratuvarda hücre sayımı ve diğer stereolojik ölçümler için kullandığımız sistemlerden birisi. İşimiz, ekmekteki hava kabarcıklarını saymaktan biraz daha zor aslında…

Peki, stereolojik sayım yöntemleri (yahut, beyin ve sinir sistemiyle uğraşan stereoloji alanına özel olarak verilen ismiyle, nörostereoloji) insan beynindeki toplam hücre sayısı hakkında bize en son neler söylüyor? Beyin çok büyük ve karmaşık bir yapı. İçindeki toplam sinir hücrelerinin sayısı konusunda hâlâ kesin bir fikir birliğimiz yok. Fakat tahminimiz, başta da söylediğim gibi, 100 milyar civarında sinir hücresine sahip olduğu yönünde. Daha kesin olarak bildiğimiz sayılar ise beynin özel bölümlerine ait. Bilinçli algılarımızın, hayallerimizin, düşüncelerimizin ve beden hareketlerimizi kontrol eden merkezlerin bulunduğu beyin kabuğu bölgemizdeki sinir hücrelerinin sayısı, bu yöntemle ilk kez 1997’de hesaplandı. Bulunan sayılar, erkeklerde ortalama 23 milyar, kadınlarda ise ortalama 19 milyar civarında.

Kaynaklar:

[n]Beyin Üyeleri Ne Diyor?

Henüz hiç yorum yapılmamış.

Facebook Yorumları