''Organik Bilgisayarlar'' Yönünde Bir Adım: Fareler İçin Beyinden Beyne Arayüz

Scientific Reports'ta yayımlanan çalışmaya göre araştırmacılar bir çift farenin beyinlerini elektronik olarak bağlayarak farelerin mikroelektrotlar aracılığıyla direkt olarak iletişime geçebilmelerini sağladı. Bu çalışmanın yazarları bu tip bir başarının türünün ilk örneği olduğunu ve bunun birçok hayvandan gelen algısal ve hareketle ilgili verilerin aktarıldığı, biriktirildiği ve işlendiği ilk "organik bilgisayarın" oluşturulması için ilk adım olduğunu düşünüyor.

Fakat beyin-makine arayüzü (BMA) alanında çalışan sinirbilimciler The Scientist'e bu çalışmanın aslında daha önce yapılmış iki yöntemin, yani sinirsel ağdan gelen verilerin kaydıyla çözümü ve sinirsel ateşleme kalıplarıyla dış alıcıları ya da kasları uyarma tekniklerinin bir birleşimi olduğunu söylediler. Karşılık olarak bazı eleştirmenler kontrolün eksikliğini, bazıları da "organik bilgisayarı" mümkün kılma iddialarının pek olası olmadığını öne sürdü. 

Northwestern Üniversitesi’nde bir sinirbilimci olan Lee Miller, The Scientist'e yolladığı bir elektronik postada, araştırmacıların sinirsel arayüz alanına birçok önemli katkıda bulunduklarını bildirdi. Miller ayrıca Duke Üniversitesi’nde bir sinirbilimci olan Miguel Nicolelis tarafından yönetilen grubun BMA alanında kritik gelişmelere imza attığını söyledi. Şöyle ekliyor:

Ancak takdir edersiniz ki, eldeki verilere bakınca 'bağlanmış beyin şebekesinin bir Turing makinesinin çözemeyeceği sezgisel problemleri çözmesi' mesajı daha çok bir Hollywood bilim kurgu senaryosundan fırlamış gibi. Emeğin hangi amaçla yapıldığı belli değil.

Son birkaç yıldaki çalışmalar gösterdi ki beyinden gelen motor sinyaller, mikroelektrotlar yerleştirildiğinde çözülebiliyor ve mekanik veya elektronik cihazların kontrolü için kullanılabiliyor. Bazı gruplar da davranışa bağlı verilerin eş zamanlı olarak alınıp, işlenip, aynı beyne geri verilmesinin mümkün olduğunu gösterdi. Bu araştırmadan yola çıkarak Nicolelis ve meslektaşları bir beynin başka bir beyinden gelen elektriksel uyarı kalıplarını özümseyip kullanamayacağını görmek istedi. Diğer bir deyişle, bir beyinden-beyne arayüz (BBA) inşaa etmek istediler.

Fikri denemek için araştırmacılar, farelere hem sinir şebekelerinden gelen elektriksel aktiviteyi kaydeden hem de sinirleri uyaran mikroelektrotlar yerleştirdi. Kısaca, kortikal sinyal kalıpları bir farede -verici- kaydedildi ve başka bir farenin -alıcı- beynine yollandı.

İlk deneyde araştırmacılar fare çiftlerini eğitti. Deneyde fareler iki kaldıraçtan doğru olana basınca doğru olduğunu gösteren bir ışık yanıyordu ve içmeleri için su veriliyordu. Verici fare doğru kaldıraca basıp ödülü alınca oluşan beyin aktivitesi kaydedilip elektriksel bir uyarıya çevrilip alıcı farenin beynine yollandı. Alıcı fare aynı kaldıraçlarla karşılaşınca onu ödüle götürmesi için verici fareden gelen işaretleri kullanması gerekiyordu. Denemelerde alıcı fareler ilk seferde yüzde yetmiş oranında doğru kaldıracı buldu. Bu performans verilerin başarılı bir şekilde iletildiğini ve anlaşıldığını gösteriyordu.

Fareler dokunma duyusuyla ilgili benzer bir deneyde de aynı başarıyı gösterdi. Bu deneyde de bıyıklarını kullanarak dar ve geniş açıklıkları ayırt etmeleri gerekiyordu. Bu denemelerde alıcı fare verici farenin davranışlarını yüzde altmış beş oranında takip etti ve yine yüksek bir başarı oranı elde etti.

Bulgular gösterdi ki beyne yerleştirilmiş mikroelektrotlar ve çözümleme yöntemleri iki hayvanın beyinleri arasında davranışsal veri iletimi sağlayabiliyor. Yazarların tahminine göre bu beyin şebekelerinin birçok hayvanın davranışlarını elektriksel sinyallerle senkronize edebilmesi mümkün. Nicolelis bir basın toplantısında şöyle söyledi:

Yani basitçe benim ‘organik bilgisayar’ dediğim şeyi yaratıyoruz. Bulmacaları 'Turing dışı' bir yolla çözen bir bilgisayar...

Araştırmacılar ayrıca verici fareleri, alıcı farelerin performansını artırmak için eğitmeyi denedi. Verici fareye verilen ödülü artırınca verici fare beyin aktivitesinin sinyal-gürültü oranı arttı. Böylece alıcı fare çözümleri daha kolay algıladı. Nicolis teoride BBA'ların beyin şebekelerini de birbirine bağlamak için kullanılabileceğini söylüyor: 

Hayvanlar bir çeşit beyin-ağıyla etkileşime geçince ne tür şeylerin ortaya çıkacağını tahmin bile edemeyiz. Teoride, bir aradaki birçok beynin ayrı ayrı çalışan beyinlerin yapamayacakları şeyleri yapabileceğini varsayabiliriz.

Indiana'daki Purdue Üniversitesi’nde sinir mühendisliği yapan Kevin Otto ise şöyle söylüyor:

İki beynin bir beyinden daha iyi ya da en azından daha farklı çalışması mümkün. Doğal ortamlarında gözlemleyemediğimiz davranışlar sergileyebilirler ve bu araştırma, bunu anlamak için bir adım olabilir.

Otto'nun "deneylerin tasarımında ve yürütülmesindeki sınırlamalardan" bahsetmesine rağmen, Otto BBA'ların sinir sistemlerinin ödüllendirilmiş davranışları nasıl yönettiğine dikkat çektiği için çalışmayı övdü. Sözlerini şöyle bitiriyor:

Bu çalışma BMA'ların sadece prostetik değil, aynı zamanda bilimsel araçlar olarak kullanılabileceğini gösterdi. Bu büyük bir katkı.