Nöroprostetik: Beyin makine arayüzleri
İyi haber, ‘beyin gücü’ kullanarak nesneleri hareket ettirebilmek mümkün hale geliyor olabilir. Fantastik yönleri bir yana, tıp ve mühendislik için beyin ile nesneleri hareket ettirmek önemli bir hedef ve yıllardır üzerine çalışılan bir mecra
Beynimizle eşyaları kontrol edebilme şansımız olsa ne kadar güzel olurdu. Matrix’teki gibi metali bükebilmek, Uzay Yolu’ndaki gibi düşünerek uzay araçları kullanabilmek hiç de fena olmazdı. İyi haber, ‘beyin gücü’ kullanarak nesneleri hareket ettirebilmek mümkün hale geliyor olabilir. Fantastik yönleri bir yana, tıp ve mühendislik için beyin ile nesneleri hareket ettirmek önemli bir hedef ve yıllardır üzerine çalışılan bir mecra.
Özellikle insanın merkezi sinir sistemini bilgisayarlar ile eşleyerek duyusal kabiliyetlerini kaybetmiş insanların hareket ve konuşma yeteneklerini geri kazandırmak olarak adlandırabileceğimiz nöroprostetik gittikçe büyüyen bir alan.
Çiple uzuvlar hareket ettirilebildi
Omurilik yaralanmaları gibi kazalar geçiren, beyin kanaması sonunda uzuvlarının işlevini kaybeden ya da konuşma yetilerini yitiren insanların hareketsiz ve sessiz bir yaşam geçirmelerinin önüne geçebilecek, onlara tekrar hareket ve konuşma imkanını verebilecek teknolojileri yaratmak uzun zamandır bilim insanlarını meşgul ediyor. İşin ilginç yanı, yavaş yavaş bu teknolojiler gün ışığına çıkmakta, beyin aktivitesini tanıyan ve ona tepki veren protez aletlerle tanışmaya başlamaktayız. Yakın zamanda, bilim insanları, boyundan altı felçli olan 28 yasında bir gencin beyin yüzeyine iki küçük çip yerleştirmişlerdi (1). Bu çipler, beynin o bölgesinin yaydığı sinyalleri toplayıp bir algoritma ile vücut dışında kollara ve bacaklara geçirilen bir mekanizmayı (dış iskelet, exoskeleton) aktif hale getirebiliyor. Hasta böylece, düşündüğü zaman kol ve bacaklarını oynatabiliyor (2). Henüz laboratuvar ortamının dışında kullanılamayan bu sistem sayesinde beyin dalgalarının ve sinirsel aktivitenin hareket olarak ortaya çıkması imkanı doğmuş oldu. Bu, nöroprostetik alanındaki ilk çalışma değil elbette. 2014 yılında, yine boynundan altı tutmayan bir hastanın beynine yerleştirilen “beyin-makine arayüzü (brain-machine interface)” ile mekanik bir kolun vücut dışında hareket etmesi sağlanmıştı.
Beyin dalgaları sese çevrilebiliyor
Bu çalışmaların temeli, 1930’da Wilder Penfield’in beynin hareketi nasıl kontrol edebildiğine dair ortaya atılan bir hipotezine dayanıyor. Buna göre, motor homunculus denen bölgenin içindeki bir alan kol ve bacakların hareketini kontrol edebiliyor. Gerçekten de, son 100 yıl içinde, beynimizin motor korteks denen bölgesinden çıkan sinyallerin sinir sistemindeki özel taşıyıcı nöronlar ile omuriliğe geldiği ve buradaki motor sinirlerinin de kol ve bacak hareketlerimizi sağlayan kasları aktifleştirdiğini öğrendik. Dolayısıyla 1973’te Jacques Vidal’ın “beyin dalgalarını algılayıp onları bir makine arayüzü ile harekete ve sese çevirebilen aletler geliştirmek mümkün olabilir mi?” sorusunun yanıtı artık “evet” olarak verilebiliyor. Hareketin yanında, yakın zamanda Stanford Üniversitesi’nde BrainGate2 çalışmasını yürüten araştırmacılar, beynin belli bölgelerindeki sinirlerin ses çıkatırken aktif olduklarını ve çıkartılacak sesin o sinirlerin aktiviteleri ile deşifre edildiklerini öne sürdüler (3). Buna göre belki yakın zamanda sadece düşünerek kelimeleri dışa vurmak mümkün hale gelebilecek.
‘Sensörlerle ve vericilerle pek çok şeyi kullanmak mümkün’
Şimdiden beyne yerleştirilen sensörler ve vericiler ile bilgisayarın imlecini hareket ettirmek, biyonik kolları kullanmak (4) ve iletişim kurmak (5) deneysel olarak mümkün. Hatta bazı prostetik aygıtlar kullanım için onay almış durumda (6). Araştırmacılar, kulağa ve retinaya yerleştirilen protezler ile de duyma ve görmeyi nöroprostetik makinelerle tetiklemeye çalışmaktalar. Beynin kendi içindeki iletişimi için de kullandığı çeşitli elektrik sinyallerini (delta: sürekli odaklanma durumu, theta: hafıza, alfa ve beta: hareket fonksiyonları, gamma: ses algısı ve konuşma oluşumu) anlamlı çıktılara dönüştürerek “beyin okuma”ya başladık. Özellikle ALS, felç ve omurilik yaralanmalarından mustarip insanlarda kullanışlı olabilecek bu sistemler gerçekten heyecan verici. Karşımızdakinin beynimizi okumasına hazır mıyız bilinmez ancak bilim baş döndürücü hızıyla ilerlemeye devam ediyor.
(1) https://www.thelancet.com/journals/laneur/article/PIIS1474-4422(19)30321-7/fulltext
(2) https://www.youtube.com/watch?v=1GyJBBB8O_M&feature=youtu.be
(3) https://elifesciences.org/articles/46015
(4) https://www.nature.com/articles/nature06996
(5) https://www.nature.com/articles/s41586-019-1119-1
(6) https://youtu.be/wIvyiM5nFb0
