Hafıza Destekleyici Makinalar Yolda, İnsan Deneyleri Başladı!

Doğrudan beyne yerleştirilmiş elektrotlarla hafızayı geliştirmeyi amaçlayan bir teknik insanlarda test edildi. ABD ordusunun desteklediği bu araştırma sonucunda, kafa travması sonucu uzun süreli hafızalarında sorun yaşayan binlerce askere yardım edilebileceği umuluyor.

Nörobilim Topluluğu’nun Chicago Illinois'te 17- 21 Ekim 2015 tarihleri arasında düzenlediği toplantıda iki grup araştırmacı, elektrotların bir bireyin anılarını akılda tutma yeteneğini geliştirebileceğine dair kanıtlar sundu.

Araştırmacılar, anıları yaratan ve saklayan elektrik modellerini taklit ederek beyin hasarları sonucu oluşan boşlukları doldurabileceklerini keşfettiler. Bu bulgular; cansız anıyı geliştirebilen "nöroprotezlerin" beyin hasarı almış askerlerin yanı sıra, felç geçirmiş bireylere ve hatta normal yaşlanmadan kaynaklı hatırlama güçlüğü çeken kişilere yardım edilebileceğine dair umutları arttırdı. 

Her iki grup araştırmacı da beyine cerrahi müdahale ile yerleştirilen aygıtların yol açabileceği riskler nedeniyle önceden elektrot yerleştirilmiş epilepsi hastaları üzerinde çalışıyor. Araştırmacılar, bu elektrotları hem beyin faaliyetlerini kaydetmek, hem de belirli nöron gruplarını uyarmak için kullanabiliyorlar. Los Angeles - Güney California Üniversitesi’nde (USC) biyoloji mühendisi olan Theodore Berger, araştırma konusunda şunları söylüyor: 

Her ne kadar nihai hedef travmatik beyin hasarlarını iyileştirmek olsa da, epilepsi hastaları da bulgularımızdan faydalanabilir. Çünkü tekrarlanan nöbetler uzun süreli bellek oluşumu için gerekli beyin dokusunu yok edebiliyor.

Kısa süreli hafızanın, hipokampüs isimli beyin bölgesinin duyular sayesinde edindiğimiz bilgiyi uzay-zaman algısı ile bir araya getirerek kısa süreliğine ulaşılabilir tutması ile ortaya çıktığı düşünülüyor. Bu zaman zarfında kısa süreli hafızada bulunan bilgilere ulaşmak, bu bilgileri uzun süreli hafızaya iletilmesini sağlıyor.

Bu sürecin anahtarı, hipokampüsün CA3 adında bir bölgesinden CA1 isimli bir başka bölgesine giden sinyal. Berger ve meslektaşlarının hipotezine göre bu sinyali tekrar oluşturmak, hipokampüsü zarar görmüş insanlarda uzun süreli anı yaratma becerisini geri kazandırabilir.

Chicago toplantısında sunulan çalışmalardan birinde araştırmacılar, epilepsi hastası 12 kişiden bir takım resimlere bakmalarını ve 90 saniye sonra hangi resimlere baktıklarını hatırlamalarını istediler. Katılımcılar bunu yaparken, araştırmacılar CA3 ve CA1'deki ateşleme modellerini kaydettiler.

Ardından CA3'ten ne tür bir sinyal modeli geldiğini tahmin etmek için CA1'deki faaliyetleri değerlendiren bir algoritma geliştirdiler. Gerçek modeller ile karşılaştırıldığında, tahminlerinin gerçekle yaklaşık %80 uyumlu olduğunu görülüyor. Berger bu çalışmanın yararını şöyle açıklıyor: 

Araştırmacılar bu algoritmayı kullanarak, bir bireyin CA3 hücreleri zarar görmüş olsa bile, uygun CA3 sinyallerini taklit eden bir model ile CA1 hücrelerini uyarabilecekler.

Daha önce maymunlar üzerinde yapılan resim hatırlama temalı bir deneyde de, CA1'i doğru bir model ile uyarmanın hayvanların performansını ciddi ölçüde arttırdığı görüldü. (R. E. Hampson et al. J. Neural Eng. 10, 066013; 2013)

Aynı zamanda araştırma grubunun da bir üyesi olan USC biyomedikal mühendisi Dong Song ise epilepsi hastası bir kadında uyarı denemesi yaptıklarını; ancak bu uyarının onun hafızasında gelişime yol açıp açmayacağını anlamak için çok erken olduğunu söylüyor. Araştırmacılar, önümüzdeki aylarda bunu daha fazla insana uygulamayı düşünüyor. Bu araştırmaların sonucunda hipokampüsün hangi durumlarda kısa süreli hafızayı uzun süreli hafızaya çevirmede yetersiz kaldığı tespit edilerek bu süreci uyarılarla destekleyebilecek bir aygıt geliştirilebilir. Massachusetts - Boston Üniversitesi’nden nörobiyolog Howard Eichenbaum şuna dikkat çekiyor:

Hafıza oluşturma kodlarının bu derece doğru tahmin edilebilmesi harika bir şey. Ancak CA1 hücreleri uyarılara uygun yanıt veremeyecek ölçüde zarar görmüşse, onları taklit etmek zor olabilir. Ayrıca hipokampüsün oldukça karmaşık olması ve beyinin birçok noktasından girdiler almasından dolayı yalnızca CA3 sinyallerini uyarmak yeterli olmayabilir.

Tokya'da RIKEN Beyin Araştırmaları Enstitüsü’nde nörobilimci olan Thomas McHugh, grubun çalışmalarını yıllardır takip ettiğini ve sürecin hayvan modeller üzerinde bu ölçüde başarılı sonuç vermesine şaşırdığını söylüyor: 

Veriler ikna edici; ama hala anlamakta zorlanıyorum. Beyinin birçok bölgesi açık bir biçimde organizedir. Örneğin motor kortekste belli bir noktayı uyarmak vücudun belli bir noktasını harekete geçirir. Ancak hipokampüste böyle düzenli bir organizasyon yoktur. Bu yüzden belirli bir noktanın uyarılmasıyla tahmin edilebilir sonuçlar alınması kafa karıştırıcı.

Philadelphia - Pennsylvania Üniversitesi’nden bir grup, hafıza geliştirme konusunda ilk yöntemden daha da az detay gerektiren farklı bir yaklaşım üzerinde çalışıyor.

Araştırma, insanların hafıza yeteneklerinin, ne miktarda kafein tükettikleri veya stres altında olup olmadıkları gibi değişkenlere göre zaman içinde dalgalanma gösterebildiğini ortaya çıkardı. Araştırma grubundaki bilim insanları, yine epilepsi hastaları üzerinde yaptıkları çalışmalarla, hipokampüse ev sahipliği yapan temporal lobun ortasındaki bölgeyi uyararak kötü bir performans gösteren hafızayı geliştirebileceklerini keşfettiler. Ancak hafıza yeterli derecede performans gösteriyorsa bu uyarı hafızanın düzgün çalışmasını engelleyebiliyor.

Chicago buluşmasında sunulan bir diğer çalışmada, Philadelphia Üniversitesinden bir sinirbilimci Daniel Rizzuto ve meslektaşları, bir sözcük listesini hatırlamaya çalışan 28 insanın beyin faaliyetlerini kaydetti. Araştırmacılar, bu modelleri kullanarak, bir bireyin verilen sözcüğü hatırlayıp hatırlamadığını yüksek doğrulukta tahmin edebilen bir algoritma geliştirdiler. Bir birey, yanlızca unutması muhtemel bir sözcüğü okurken araştırmacılar, bireyin beynine uyarı sinyalleri yollayarak performansı %140 artırabildiklerini gözlemlediler.

Philadelphia Üniversitesinden bir psikiyatrist, Michael Kahana ise grubun toplamda yaklaşık 80 hastanın beyin aktivitelerini kaydettiğini söylüyor ve daha hassas elektrot sistemi için onay aradıklarını belirtiyor. McHugh sözlerini şöyle bitiriyor: 

Basit bir bilimsel perspektif gereği keşfettiğimiz uyarma sisteminin neden bu denli iyi çalıştığını keşfetmek elbette faydalı olurdu, fakat güvenli ve etkili olduğu ispatlandığı takdirde, nedenleri tam olarak anlaşılmasa bile bu ilke üzerine tedavi sistemleri inşa edilebilir.

Teşekkür: Bu yazıyı çeviren Hakkı Rıza Küçük'e teşekkür ederiz.