Drosophila melanogaster ve Yapay Zekâ
Dr. Ayşe Ergüven, Ph.D. Biol.
Yaşam bilimlerinin pek tanınmayan emektar elemanı, Drosophila melanogaster, Drosophilidae familyasına ait bir sinek türüdür. Onu meyve sineği olarak biliriz, pek de sevmeyiz aslında çünkü meyvelerin çürümekte olduğunun habercisidir.
Charles W. Woodworth 1901'de bu türün araştırmalarda model organizma olarak kullanılmasını önermiş ve D. melanogaster, genetik, fizyoloji, mikrobiyal patogenez ve evrim alanlarında biyolojik araştırmalarda yaygın olarak kullanılmaya başlanmış. Ayrıca, 1946 yılında da D. melanogaster uzaya gönderilen ilk hayvan olmuş. Drosophila’nın sadece dört çift kromozomu vardır, çabuk ürer, yaşam koşullarını oluşturmak çok kolaydır, dolayısı ile araştırıcıların gözdesidir (1). Şimdiye kadar bu böceği çalışmalarında kullanan ve kendilerini drosofilist olarak adlandıran araştırıcılara, yaptıkları çalışmaların önemine binaen altı Nobel Ödülü verilmiş.
Bugünlerde popüler olan beyin içindeki bağlantıların (central brain connectome) araştırılması konusunda bu canlının nasıl kullanıldığını araştıran bilim insanlarının çalışmalarını yazacağım.
Özetlemeye çalışacağım çalışmada, hayvanın, beslenme ve temizlik davranışlarının, beyindeki devre özelliklerini incelemek amacıyla, sinirsel bağlantılar ve nörotransmitter tanımlamalarına ile tüm Drosophila beyninin bir “sızanı bütünleştir ve ateşle (leaky integrate-and-fire)” hesaplamalı modeli oluşturulmuş. Model, gelen sinyalleri bütünleştiren (entegre eder), zamanla voltajı dinlenme durumuna doğru yönlendiren, belirli bir eşik değerine ulaşıldığında ise bir sinyal patlaması üretiyor ve 125.000'den fazla nöron ve 50 milyon sinaptik bağlantı içeren, beyin genelinde duyusal işlemeyi incelemek için bir şablon sunuyor. Araştırmada yer alan hesaplamalı modelde şeker veya su algılayan, beslenmenin başlatılması için gerekli olan tat nöronlarının aktivasyonunun doğru bir şekilde yönlendirildiği gösterilmiş. Drosophila beyninin beslenme bölgesindeki nöronların hesaplamalı aktivasyonu, motor nöron ateşlemesini tetikleyen nöronları içermekte. Burada, optogenetik aktivasyon ve davranış biçimleri doğrulanmakta, hipotez test edilebilmektedir. Dahası, farklı sınıflardaki tat nöronlarının hesaplamalı aktivasyonu, çoklu tat modalitelerinin nasıl etkileştiğine dair doğru tahminler sunmakta, istenmeyen veya iştah açıcı tat işleme süreçleri oluşturulan devreler düzeyinde ölçülebilmektedir. Bu sonuç, kalsiyum görüntüleme ve davranış deneyleri ile de doğrulanmaktadır. Ek olarak, modelin mekanosensör devrelere yani mekanik hareketleri yöneten nöronlara uygulanması ile mekanosensör nöronların hesaplamalı aktivasyonunun, tat alma devreleriyle örtüşmeyen, anten temizleme devresini oluşturan küçük bir nöron grubunun aktivasyonunu yönettiğini ileri sürüyor araştırıcılar (2). Çalışmalarda bir Drosophila melanogaster beyin araştırmaları merkezi oluşturulması da hedefleniyor.
Araştırma ekibi bu yöntemle yetişkin meyve sineği beyninin eksiksiz bir bağlantı şemasını oluşturmayı tamamlamış. Araştırıcılardan Phil Shiu, 139.255 nöron ve 50 milyon bağlantılık devasa devreyi bir bilgisayarda simüle etmiş. Bir dizüstü bilgisayarda çalıştırılabilen simülasyon, gerçek sinek beyninin uyaranlara nasıl tepki vereceğini gösteriyor. Bu bilgisayar modeli tat ve dokunma sensörleri uyarıldığında sinek beyninde aktive olacak nöronları doğru bir şekilde tahmin edebiliyor.
Geliştirilen modelin, bilim insanlarının sinek beynini ve genel olarak beyni anlamalarına olanak sağlamanın yanı sıra, kısmen beyindeki nöronların bağlantı şekline dayanan sinir ağlarını modelleyen yapay zekâ ve bağlı olarak makine öğrenimi alanlarında da faydalı olabileceği öngörülüyor.
“Bu gerçek bir sinir ağı,” diyor çalışmanın araştırıcılarından Shiu. Sonra devam ediyor: “Yapay zekâ uzmanları için biyolojinin ne yaptığı önemli değil, çünkü kullanılan teknikler biraz farklı. Ama bence fare beyninin ve sonunda insan beyninin bilgisayar modellerini oluşturma fikri gerçekten harika! Şu anda izlenen geleneksel büyük dil modeli (LLM) yolundan farklı olarak gerçek bir yapay zekâya ulaşmanın alternatif yolu.” Sinek beyni modeli, insan beyni modelleri geliştirilene kadar beynin normal ve sağlıklı yetişkinlerde nasıl işlediğini anlamamızı sağlayabilir. Bir sonraki adım ise beyin bağlantı bozuklukları olarak adlandırılan potansiyel hastalık durumlarını, örneğin epilepsiyi de anlamamız için bir yol sunmaktadır.
Model oluşturulmaya başlandığında hatalı bağlantılar okuması/takibi kolay olduğu için genellikle varsayılan durum olarak ele alınmış. Amaçlanan epileptik nöbetlerin ortaya çıkmasını engellemek. Bunu kısmen başarabilmişler. Kısmen diyorum çünkü asıl amaç bu kontrol dışı geri besleme döngülerinin nasıl oluştuğunu, tamamen modelleme ve bağlantı yapısından yola çıkarak ortaya çıkarmak modellemelerde.
Laboratuvarlarımızda tüm genetik yapısını incelememize izin vererek yardımcı olan Drosophila melanogaster artık bir üst seviyede! Beynini modellememize de izin veriyor!
Bu yazıyı 23 Nisan 2026 Ulusal Egemenlik ve Çocuk Bayramı öncesinde yazıyorum. 23 Nisan’ın çocuklarımıza hediye edilip egemenlik için kutlanmasını sağlayan Mustafa Kemal Atatürk ve arkadaşlarını saygı ve minnetle anarken, hızla değişen bilim dünyasına katkı yapacak insan yetiştirmeyi önemsemenin önemini tekrar düşünelim. Bağımsızlığını koruyabilen milletler bilimsel alanda da bağımsız olur. Bu sayede yazıda ele aldığım araştırmaların içinde daha fazla sayıda araştırıcımızı bulabiliriz.
Kaynak:
1. https://en.wikipedia.org/wiki/Drosophila_melanogaster
2.https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.05.02.539144v1