Özelleştirilmiş İlaç Tedavileri İçin Sinaps Haritalaması Büyük Bir Atılım Sağladı

İnsan beyninde yaklaşık 86 milyar nöron bulunmaktadır. Bu nöronlar, her bir nöronun diğer nöronlarla bağlanarak karmaşık bir ağ oluşturduğu trilyonlarca sinaptik bağlantı kurar. 

Nöronlar, sinaptik sinyalizasyon yoluyla sinapslarda birbirleriyle iletişim kurar; sinapslar, nöronların diğer nöronları uyarabildiği veya inhibe edebildiği birleşim noktalarıdır. 

Öte yandan, sinaptik bağlantı, nöronların elektrik ve kimyasal sinyallerle birbirleriyle iletişim kurduğu birleşim noktasıdır. Sinaptik bağlantıların haritalanması, nöronların birbirine nasıl bağlandığını ve bu bağlantıların ne kadar güçlü olduğunu belirleme sürecidir. Bu bağlantıların yapısının beyin fonksiyonunu belirlediğine inanılır; bu da süreci son derece önemli kılar. 

Bununla birlikte, sinaptik bağlantıların haritalanması ve karakterizasyonu hâlâ açık bir zorluktur. Şu anda yalnızca birkaç yüz sinaptik bağlantının haritalanmasıyla sınırlıyız. Ancak Harvard araştırmacılarının son çalışması, bu sayıyı doğrulukla 70 000’in üzerine çıkararak sinirbilim, özellikle nöronal kayıt alanında büyük bir atılım sağlamıştır. 

Bu ölçekli haritalama ve kataloglama, aynı anda küçük ama belirgin sinaptik sinyalleri tespit edebilen mikro delikli elektrotlara sahip bir silikon çipin yardımıyla yaklaşık 2 000 fare nöronundan elde edilmiştir. 

Böyle bir ilerleme, sinaptik bağlantıların ayrıntılı bir haritasını oluşturmamıza ve nöronların nasıl bağlandığını ve iletişim kurduğunu daha iyi anlamamıza yardımcı olabilir. 

“Mikro delikli elektrot dizisiyle paralelleştirilmiş iç hücre kayıtları aracılığıyla binlerce nöron arasında sinaptik bağlantı haritalaması” başlıklı çalışma, bu ay Nature Biomedical Engineering dergisinde yayımlanmıştır¹. 

Çalışmaya göre, büyük ölçekli nöronal iç hücre kaydının paralelleştirilmesi, sinaptik sinyalleri bir nöron ağı boyunca ölçmeyi mümkün kıldığı için aşılması gereken büyük bir zorluktur; bu da sinaptik bağlantıların haritalanması ve karakterizasyonunu sağlar. 

Gelişmiş Çip Yeniliği ile Nöronal Kaydın Ölçeklendirilmesi

Sinaptik yapıların görselleştirilmesi için elektron mikroskobu (EM) son derece etkili bulunmuştur, ancak nöron bağlantılarının gücünü ölçemez. Bu, tekniğin nöronal ağların işlevselliğini açıklama yeteneğini kısıtlar. 

İşte patch-clamp kaydı devreye girer; tek tek nöronları delerek hatta zayıf sinyalleri bile yüksek hassasiyetle yakalayabilen daha kesin bir sinaptik aktivite inceleme tekniği sunar. 

Bilim insanları Erwin Neher ve Bert Sakmann, patch-clamp tekniği nedeniyle 1991 Nobel Fizyoloji ya da Tıp Ödülü’nü aldılar. Deneysel ölçüm cihazı, iyon kanallarının varlığını ve kas kasılması ve sinir impulsu iletimi gibi canlı hücrelerdeki önemli görevleri yönlendirmedeki işlevini kanıtladı. Teknik ayrıca kanalların temel özelliklerini ince bir hassasiyetle tanımlamayı mümkün kıldı. 

Bu yöntem araştırmacıların bağlantı gücünü tanımlamasına ve ölçmesine yardımcı olabilse de, bilim insanları şimdiye kadar aynı anda birkaç nörondan fazla iç hücre sinyali kaydetmekte zorlanıyordu. 

Harvard John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu (SEAS) Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Profesörü ve ortak kıdemli yazar Donhee Ham liderliğinde, bu bölümün ve Harvard Kimya ve Kimyasal Biyoloji Bölümü’nün araştırmacıları gelişmiş bir çip geliştirdi. 

Daha net bir ifadeyle, ekip bir çip üzerinde 4.096 mikro delikli elektrot dizisi oluşturdu. Bu cihaz, yaklaşık 2.000 fare nöronunun büyük ölçekli paralel iç hücre kaydını gerçekleştirdi. 

Bu, araştırmacılara sinaptik sinyaller hakkında bol veri sağladı; bu verilerden 70.000’den fazla sinaptik bağlantı elde edildi. 

Bu çalışma, ekibin birkaç yıl önce geliştirdiği çığır açan cihazın üzerine inşa edilmiştir. O zamanlar, aynı entegre devre tasarımına sahip bir silikon çipten 4.096 dikey nano iğne elektrotu çıkıyordu. 

Elektronik çip, yüzeyinde dikey olarak duran, sinyal iletim yeteneğini artırmak için platin tozu kaplı (signal geçiş yeteneğini iyileştirmek için) nanometre ölçeğinde elektrotların yoğun bir dizisine sahipti. 

Bu cihazda, bir nöron iğne etrafına sarılarak iç hücre kaydına izin verebilir; bu, çok sayıda elektrot üzerinden paralelleştirildi. O dönemde ekip, 1.700’den fazla fare nöronunu kaydedebildi ve 300’den fazla sinaptik bağlantıyı haritaladı. 

Elde edilen sayılar rekor kırıcıydı, ancak ekip bunları daha da iyileştirebileceklerini düşündü; bu da son çalışmaya yol açtı. 

Click here to learn if memristors are key for mimicking human brain.

Bağlantı Haritalaması İçin İç Hücre Kaydını Devrim Niteliğinde Yenilemek

Samsung Electronics’in Samsung Advanced Institute of Technology tarafından desteklenen ekip, tamamlayıcı metal-oksit yarı iletken (CMOS) çip üzerinde platin/platin-siyah mikro delikli elektrot dizisini tasarlayıp üretti. 

Dizi, elektrotlar aracılığıyla küçük akımlar enjekte edilerek hücreleri nazikçe açmak ve iç hücre kayıtlarını paralelleştirmek için kullanıldı. 

Silicon çipteki entegre elektronik, şu anda Güney Kore’de Pohang Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nde öğretim üyesi olan ve çalışmanın ortak lider yazarı ve eski doktora sonrası araştırmacısı Woo-Bin Jung’a göre, “mikro delikli elektrot kadar önemli bir rol oynar; iç hücre erişimi sağlamak için nazik akımlar sunar ve aynı anda iç hücre sinyallerini kaydeder.” 

Bu mikro delik tasarımı, aynı zamanda patch-clamp elektroduna benzemektedir. Bu mikro delik elektrotlarının iki ana avantajı vardır:

1. Üretimleri çok daha kolaydır
2. Daha önce kullanılan dikey nano iğne elektrotlarından daha iyi nöron içlerine bağlanırlar

“Bu erişilebilirlik, çalışmamızın bir diğer önemli özelliğidir.”

– Jun Wang, Doktora Sonrası Araştırmacı ve Ortak Lider Yazar 

Bu yeni tasarımla ekip büyük sonuçlar elde etti. Ortalama olarak, mikro delikli elektrotların %90’ı (4.096’dan 3.600’den fazla) iç hücre olarak bütünleştirildi; bu da ekipin onlardan 70.000 olası sinaptik bağlantı çıkarmasını sağladı; bu sayı, nano iğne elektrot dizisiyle elde edilen 300’ün çok üzerindedir. 

Ekip sadece nicel sonuçlar elde etmedi, aynı zamanda kayıt verilerinin kalitesini de artırdı; bu da sinaptik bağlantıları güçlerine ve özelliklerine göre sınıflandırmalarını sağladı. 

Sinaptik bağlantılar, elektriksel sinaptik bağlantılar ve güçlü/etkin uyarıcı, zayıf/etkin olmayan uyarıcı ve inhibe edici kimyasal sinaptik bağlantılar olarak kataloglandı; toplam hata oranı yaklaşık %5 olarak tahmin edildi. 

Çalışmaya göre, bu kadar geniş bir seviyede sinaptik bağlantı haritalaması ve sinaptik bağlantıları tanımlama yeteneği, büyük ölçekli nöronal ağların fonksiyonel bağlantı haritalamasına doğru büyük bir adım. 

Önceki versiyonlarında araştırmacılar yüksek performanslı çipi, ilaçların sinaptik bağlantılar üzerindeki etkilerini hesaplamak için kullandılar. O dönemde ekip, bağımlılık, otizm, Alzheimer hastalığı, Parkinson hastalığı ve şizofreni gibi nörolojik bozukluklar için ilaç testi amacıyla wafer ölçeğinde bir sistem inşa ettiklerini belirtti. 

Biyolojik sinaptik ağ haritalaması, makine zekâsının bir sonraki nesil yapay sinir ağları ve nöromorfik işlemciler oluşturması için yeni bir strateji de sağlayabilir. 

Ekip, paralel iç hücre kaydından elde ettikleri büyük veri miktarı sayesinde sinaptik bağlantılar hakkında içgörüler kazandığından, “canlı bir beyin içinde kullanılabilecek yeni bir tasarım üzerinde çalışıyor”. 

Click here to learn how AI & neuroscience are combinedly decoding human brain.

Beyin Haritalaması ve Nöroteknolojide İlerlemeler

Bu tür çalışmalar, beynin karmaşık sinaptik bağlantılarını daha derinlemesine anlamamız için kritik öneme sahiptir; sadece nöronal etkileşimlerin karmaşıklığını ortaya koymakla kalmaz, aynı zamanda beyin haritalaması alanında ileri araştırmalar için bir temel sağlar; bu, beyin araştırmalarının geleceğini şekillendiren birçok heyecan verici gelişmeden biridir. 

Sonuçta beyin ilginç ama karmaşık bir yapıdır; bu da onu araştırmacılar ve kurumlar arasında artan bir ilgi alanı haline getirir. İlginç bir şekilde, beyni ne kadar çok inceler ve tanıyarız, o kadar karmaşık hâle gelir. Harvard’da moleküler ve hücresel biyoloji profesörü Jeff Lichtman’ın belirttiği gibi, doğayı sadece tanımlamak bile şunu ortaya koymuştur: 

“[Beynin] düşündüğümüzden daha karmaşık olduğu.”

On yılı aşkın bir süredir Lichtman, insan beynindeki bağlantıların ayrıntılı bir haritasını oluşturmak için serebral korteksin belirli (bir kübik milimetre) bir bölgesine erişiyor. Geçen yılın sonlarında Harvard Magazine, analizlerinin nöronları destekleyen ve koruyan glial hücrelerin 2’ye 1 oranında baskın olduğunu ortaya koyduğunu bildirdi. Ancak bunun için henüz bir açıklama bulunamadı. 

O ve meslektaşları, her hücre için çok sayıda sinapsa sahip birkaç çok güçlü bağlantı gözlemlediler; bu, bilginin beyin içinde çok hızlı akmasını sağlıyor ve buna göre “belki… anıların ne olduğu” diyorlar. 

Bunun için bir kadının temporal lobundan doku alıp 5.000’den fazla bölüme ayırdılar; her bir bölüm çok yüksek çözünürlükte, özel olarak inşa edilmiş çok ışınlı bir elektron mikroskobu ile tarandı. 

Google araştırmacıları, bu dilimlerdeki öğeleri tanımlamak için yeni sinir ağı yöntemleri geliştirdi ve bunları birleştirerek 3B bir alan oluşturdu. Görüntüledikleri tohum boyutundaki örnek 57.000 hücre, 230 milimetre kan damarı ve 150 milyon sinaps içeriyordu. 

Lichtman, insan beyniyle henüz mümkün olmadığı için bir sonraki hedefi fare beyninin tamamını haritalamak. Bu arada, Princeton’dan bir bilim insanları ekibi yetişkin bir meyve sineğinin beynini haritaladı. 

Daha önce araştırmacılar, 3.000 nörona sahip larva meyve sineği beynini haritalamıştı, ancak yetişkin meyve sineği neredeyse 140.000 nöron ve onlarca milyon sinapsa sahip. Harita, meyve sineği beyninin 21 milyon görüntüsü ve bir yapay zeka modeli kullanılarak oluşturuldu. Bu plan sayesinde araştırmacılar, hangi nöronların hangi davranışlardan sorumlu olduğuna dair cevaplar sunmayı hedefliyor. 

John Ngai, ABD Ulusal Sağlık Enstitüleri BRAIN Initiative direktörü, insan beyninin “her türlü insan yapımı bilgisayardan daha güçlü” olduğunu, ancak büyük ölçüde hâlâ temel mantığını anlamadığımızı belirtti. 

Ve eğer nöronların birbirleriyle nasıl bağlandığına dair “detaylı bir anlayışa” sahip değilsek, sağlıklı bir beyinde neyin doğru, hastalıkta neyin yanlış gittiğine dair temel bir anlayışımız olmaz. 

Bu yüzden beyinlerimizi haritalamaya yönelik odak giderek artıyor. McGill University Health Centre Araştırma Enstitüsü’nden bilim insanları bu ay “optomapping” adlı bir yöntem uygulayarak nöron çalışmalarını büyük ölçüde hızlandırdı. 

 Ekip, fare beyninin görsel korteksinde zaten 30.000’den fazla aday bağlantıyı test etti ve yaklaşık 1.800 sinapsı karakterize etti. 

Optomapping kullanılarak yapılan önemli keşifler, beyin korteks katmanlarındaki bilgi akışı süreci hakkında bildiklerimizi zorlayan, farklı tipte inhibe edici nöronlara özgü bağlantı desenlerini içeriyor. Ayrıca, bazı bağlantıların sinyalleri artırırken diğerlerinin sakinleştirdiği beyin iletişim desenlerinin dikkatli bir dengelemesini gösterdiler. 

Ayrıca, farklı nöron tiplerinin nasıl aktive edildiğinde bir dengesizlik gözlemlediler; bu, otizm ve epilepsi gibi durumlarda yardımcı olabilir. Değişiklikleri belirleyerek, Optomapping daha hedefli ve etkili tedavilere yol açabilir. 

İlginç bir şekilde, bu ay teknoloji devi Meta Platforms (META ), insanların sadece düşünceyle metin üretmelerini sağlayan bir cihaz geliştirdiklerini duyurdu. Bunun için beyin tarayıcısı ve Brain2Qwerty adlı bir yapay zeka modeli, beyin dilini cerrahi olmadan çözmek için kullanıldı. 

Ancak, ürünün ticarileşme ihtimali çeşitli kısıtlamalar nedeniyle çok düşük. Örneğin, manyetik sinyalleri tespit etmek için kullanılan manyetoensefalografi tarayıcısı son derece büyük, yaklaşık yarım ton ağırlığında ve 2 milyon dolar maliyetinde. Ayrıca, Dünya’nın manyetik alanını azaltmak için yalnızca korumalı bir odada çalışabiliyor. 

Ancak bu, insan beyni ve iletişimini anlamamızı kesinlikle ilerletebilir. 

“İnsan beyninin kesin mimarisini veya prensiplerini anlamaya çalışmak, makine zekâsının geliştirilmesine yön vermenin bir yolu olabilir. Bu yol budur.”

– Meta’nın Beyin & AI ekip lideri Jean-Rémi King, Tech Review’a söyledi. 

Bulgular, sistemin “uygulamalı” bir daktilografinin hangi tuşlara basacağını %80’e varan bir doğrulukla tespit edebildiğini gösteriyor. Kusursuz olmasa da araştırmacılar, beyin sinyallerinden tam cümleler oluşturmak için yeterince doğru olduğunu belirtti. 

Sosyal medya ve yapay zekâda ağırlıklı olarak faaliyet gösteren, 1,76 trilyon dolar piyasa değerine sahip bir şirketten gelen bu gelişmeler bazıları için şaşırtıcı olabilir, ancak Meta uzun yıllardır nöroteknoloji araştırmalarına katılıyor. 

Ayrıca, sadece nöroteknolojiyle uğraşan şirketlerin aksine, Meta kârlı bir şirket olduğu için kaynak endişesi olmadan ilgili araştırmalara yatırım yapabiliyor. 

Bağlam açısından, şirket yakın zamanda Q4 sonuçlarını açıkladı; bu sonuçlar, gelirin %21 yıllık artışla 48,39 milyar dolar olduğunu gösterdi. Sonuçta, ortalama 3,35 milyar günlük aktif kullanıcı (DAP) ürünlerini kullandı. Bu dönemde Meta, 25,02 milyar dolar maliyet ve gider, 14,84 milyar dolar sermaye harcaması kaydetti; serbest nakit akışı 13,15 milyar dolar, nakit, nakit benzerleri ve menkul kıymetler ise 77,81 milyar dolar oldu. Ayrıca bu yıl yapay zekâya yaklaşık 60‑65 milyar dolar yatırım yapacağını duyurdu. 

Bu Alanda İlerleme Kaydeden Şirketler

Şimdi, alanda önemli ilerlemeler kaydeden önde gelen halka açık şirketlere bir göz atalım. 

1. Neuronetics, Inc.

Bu tıbbi teknoloji şirketi, nöro-sağlık bozuklukları yaşayan hastalar için ürünler geliştiriyor. NeuroStar Advanced Therapy System, beyin içinde duygu ile ilişkili bölgeleri uyaran transkraniyal manyetik stimülasyon (TMS) kullanan invazif olmayan bir tedavidir. Majör depresif bozukluk (MDD) yaşayan yetişkin hastaların tedavisinde kullanılır. 

267 milyon dolar piyasa değerine sahip olan STIM hisseleri, bu yazı itibarıyla 4,80 dolar işlem görmekte ve YTD %198,14 artış kaydetmiştir. EPS (TTM) -1,22, P/E (TTM) -3,94’tür. 

2024 Q3 için Neuronetics, 18,5 milyon dolar gelir, 13,3 milyon dolar net zarar ve nakit pozisyonunun 2023 sonunda 59,7 milyon dolardan 20,9 milyona düşüş bildirdi. Bu dönemde şirket, ABD’de 48 NeuroStar sistemi sevk etti ve geliri 4,1 milyon dolara ulaştı; tedavi seansları %2 arttı. 

Neuronetics ayrıca Greenbrook TMS’ yi de satın aldı; bu, CEO Keith J. Sullivan’a göre kârlılık yolunu hızlandırması bekleniyor. 

Ön preliminary Q4 sonuçlarına göre, Neuronetics’in Q4 geliri 22,1 milyon dolar ve tam 2024 için 74,5 milyon dolar olarak tahmin ediliyor. Ancak, bu yıl için toplam gelirin 145‑155 milyon dolar arasında olacağı ve üçüncü çeyrekte pozitif nakit akışı beklendiği duyuruldu. 

#2. NeuroOne Medical Technologies Corporation   

Bu tıbbi teknoloji şirketi, epilepsi, distoni, titreme, Parkinson hastalığı ve kronik ağrı gibi nörolojik bozuklukları olan hastalar için beyin stimülasyonu, EEG kaydı ve ablasyon çözümleri geliştiren minimal invaziv çözümler üretir. 

Ürünleri arasında beyin dokusunu kaydetmek, izlemek ve uyarmak için Evo kortikal elektrot teknolojisi bulunur. 

Ayrıca, fonksiyonel nörocerrahi prosedürler için sinir dokusunda “radyo frekans lezyonları” oluşturmak amacıyla OneRF ablasyon sistemi bulunmaktadır. NeuroOne, OneRF Ablasyon Sistemi için FDA onayı alarak, hem elektriksel aktivite raporlaması hem de sinir dokusu ablasyonu için onay alan ilk ve tek sistem olmuştur. 

34,56 milyon dolar piyasa değerine sahip NMTC hisseleri şu anda 1,12 dolar işlem görmekte ve YTD %35,61 artış kaydetmiştir. EPS (TTM) -0,27, P/E (TTM) -4,21’dir. 

2025 mali yılı ilk çeyreğinde şirket, 3,3 milyon dolar ürün geliri ve 1,9 milyon dolar brüt kar bildirdi; işletme giderleri azaldı. 31 Aralık 2024 itibarıyla nakit ve nakit benzerleri 1,1 milyon dolar olup, 30 Eylül 2024’teki 1,5 milyon doların altındadır. 

Sonuç

Beyinle ilgili araştırmalardaki atılımlar, insanlığın ilerlemesi için kritik öneme sahiptir. Sonuçta, düşünce, hafıza ve duygu gibi işlevlerden hareket, görme ve işitmeye kadar neredeyse her fonksiyonu kontrol eden en önemli organımızdır. Bu yüzden, beyni daha derinlemesine anlamak bir zorunluluktur ve büyük ölçekli sinaptik bağlantı haritalamasında ilerleme kaydeden son araştırma, nöronların nasıl etkileştiğini ve iletişim kurduğunu çözmede önemli bir adım işaret ediyor. 

Bu ilerlemeler geliştikçe, beyin işlevselliği hakkında daha derin içgörüler sağlayabilir, karmaşık durumlar için yeni terapötik stratejilere yardımcı olabilir ve nörolojik araştırmaları devrim niteliğinde değiştirebilir. 

En iyi büyük ölçekli ilaç şirketlerinin bir listesi için buraya tıklayın.

Çalışma Referansı:

1. Wang, J., Jung, W. B., Gertner, R. S., et al. (2025). Synaptic connectivity mapping among thousands of neurons via parallelized intracellular recording with a microhole electrode array. Nature Biomedical Engineering. https://doi.org/10.1038/s41551-025-01352-5