Ekoloji
Sinekler Yönlerini Nasıl Bulurlar?
Rockefeller Üniversitesi’nden sinirbilimci Gaby Maimon, " Bu nöronlar yalnızca sineğin seyahat yönünü işaret etmekle kalmıyor, aynı zamanda dünya merkezli bir referans çerçevesinde de yapıyorlar. " dedi. Dikkat çekici olan, Maimon laboratuvarında yüksek lisans öğrencisi olan makale ilk yazarı Cheng Lyu, bu böceklerin vücut referanslı duyusal girdileri dünya referanslı bir sinyale dönüştürerek, sineğin örneğin 90 derece seyahat ettiğini bilmesini sağladığını ekliyor.
Birinin yerini bulmak
Gözlerimizi kapattığımızda bile, genellikle bir odanın neresinde olduğumuz ve hangi yöne baktığımız konusunda iyi bir fikrimiz olur. Bunun nedeni, karanlıkta bile beynimizin uzayda nerede olduğumuza dair içsel bir anlayış oluşturmasıdır. 1980'lerde bilim adamları, baş yön hücreleri adı verilen bir grup hücrenin açısal yönelimimizi bilmemize izin vermede önemli bir rol oynadığını keşfettiler ve daha sonra sineklerin benzer işlevlere sahip hücrelere sahip oldukları keşfedildi. Hücrelerin aktivitesi, bir pusula iğnesinin kişinin bir ortamdaki yönünü göstermesine benzer şekilde, başın işaret ettiği açıyı gösterir.
Başımızın baktığı yöne doğru yürüdüğümüzde veya sinekler düz uçtuğu sürece her şey yolundadır. Baş yönü hücreleri, kişinin nereye gittiğine dair içsel hissini güncellemek için kullanılabilir. Ancak doğuya bakarken kuzeye yürürsek veya rüzgâr sineği geriye doğru iterken bir sinek ileriye doğru vızıldamaya çalışırsa, baş yön hücreleri yanlış yönü gösterir. Sinekler, rüzgâr akımlarının şiddetinden nispeten etkilenmez ve insanlar manzarayı çekmek için döndüklerinde kaybolmazlar. Lyu ve Maimon, baş yön hücreleri görünüşte yanlış bilgi aktarıyor olsa bile, sineklerin nereye gittiklerini nasıl bildiklerini merak ettiler.
Bu soruyu yanıtlamak için Lyu, meyve sineklerini, yalnızca böceklerin kafalarını yerinde tutan minyatür koşum takımlarına yapıştırarak, beyin aktivitelerini kaydetmesini sağlarken, sinekleri kanatlarını çırpmak ve vücutlarını sanal bir ortamda yönlendirmek için serbest bırakır. Kurulum, güneşi temsil eden parlak bir ışık ve sineği geriye veya yana doğru üfleniyormuş gibi hissettirmek için ayarlanabilen daha sönük noktalardan oluşan bir alan da dahil olmak üzere çeşitli görsel ipuçları içeriyordu.
Beklendiği gibi, baş yön hücreleri , sönük noktaların hareketinden bağımsız olarak, parlak ışıkla simüle edilen sineğin güneşe yönelimini tutarlı bir şekilde gösterdi. Buna ek olarak, araştırmacılar, yalnızca kafalarının işaret ettiği yönü değil, sineklerin hangi yöne gittiklerini de belirten yeni bir hücre grubu belirlediler. Örneğin, sinekler geriye doğru üflenirken doğrudan doğuda güneşe doğru yönlendirilmişse, bu hücreler sineklerin (neredeyse) batıya doğru hareket ettiğini gösterdi. Maimon, "Bu, bir hayvanın dünya merkezli bir referans çerçevesinde hangi yönde hareket ettiğini gösteren bilinen ilk hücre grubudur" dedi.
Zihinsel matematik
Ekip ayrıca sinek beyinlerinin hayvanın hareket yönünü hücresel düzeyde nasıl hesapladığını da merak etti. Columbia Üniversitesi Zuckerman Enstitüsü'nde teorisyen Larry Abbott ile iş birliği yapan Lyu ve Maimon, sinek beyninin bir tür matematik alıştırması yaptığını göstermeyi başardılar. Bir cismin yörüngesini çizen bir fizik öğrencisi, yörüngeyi x ve y ekseni boyunca çizilen hareket bileşenlerine böler. Benzer şekilde, sinek beyninde, görsel harekete duyarlı dört nöron sınıfı, dört eksen boyunca bileşenler olarak sineğin hareket yönünü gösterir. Her nöronal sınıf, matematiksel bir vektörü temsil ediyor olarak düşünülebilir. Vektörün açısı, ilişkili ekseninin yönünü gösterir. Vektörün uzunluğu, sineğin o yönde ne kadar hızlı hareket ettiğini gösterir. Maimon, "Şaşırtıcı bir şekilde, sinek beynindeki bir sinir devresi, bu dört vektörü güneşin açısına uygun şekilde hizalanacak şekilde döndürür ve sonra onları toplar.” dedi. Sonuç, sineğin güneşe göre hareket ettiği yönü gösteren bir çıktı vektörüdür.
Vektör matematiği, gerçekleşen hesaplama için bir analojiden daha fazlasıdır. Bunun yerine, sinek beyni kelimenin tam anlamıyla vektör işlemleri yapıyor gibi görünüyor. Bu devrede, nöron popülasyonları, vektörleri, vektörün açısını temsil eden dalganın konumu ve uzunluğunu temsil eden dalganın yüksekliği ile birlikte, açık bir şekilde aktivite dalgaları olarak temsil eder. Araştırmacılar bu fikri, girdi vektörlerinin dördünün uzunluğunu hassas bir şekilde değiştirerek ve çıktı vektörünün tıpkı sinekler kelimenin tam anlamıyla vektörleri toplaması gibi değiştiğini göstererek test ettiler.
Maimon; "Burada olanın, vektör matematiğinin beyinde açık bir şekilde uygulanması olduğu konusunda güçlü bir argüman yapıyoruz.Bu çalışmayı benzersiz kılan şey, kapsamlı kanıtlarla, nöronal devrelerin nispeten karmaşık matematiksel işlemleri nasıl uyguladığını göstermemizdir." dedi.
Mekansal bilişi anlamak
Mevcut araştırma, sineklerin şu anda hangi yöne gittiklerini nasıl anladıklarını netleştiriyor. Gelecekteki çalışmalar, bu böceklerin nihayetinde nereye gittiklerini bilmek için zaman içinde seyahat yönlerini nasıl takip ettiklerini inceleyecektir. Lyu, "Temel bir soru, beynin, anıları oluşturmak için hayvanın seyahat yönü ve zaman içindeki hızı ile ilgili sinyalleri nasıl bütünleştirdiğidir. Araştırmacılar, beyinde işleyen belleğin nasıl göründüğünü incelemek için bulgularımızı bir platform olarak kullanabilirler." dedi.
