(Scientific American Dergisi, Temmuz 2007)

Yazan: Joe Z. Tsien
Çeviren: Esin Tezer

Depremde bulunmuş kişi deprem hakkında canlı hatıralara sahiptir: Yer sallanır, titrer, çöker ve fırlatır; hava gümbürtü, çatırtı ve cam kırılması sesleriyle dolar; dolaplar açılır; kitaplar, tabak-çanaklar ve süs eşyaları raflardan yere yuvarlanır. Yıllar sonra bile bu hadiseleri çarpıcı bir berraklıkla hatırlarız; çünkü beyinlerimizin kendini geliştirmek için yavaş yavaş yaptığı şey budur: Dikkat çekici olaylardan bilgiyi çıkarmak ve bu bilgiyi gelecekteki benzer durumlara karşı olan tepkilerimize rehberlik etmek için kullanmak. Bu geçmişteki deneyimden öğrenme kabiliyeti, tüm hayvanların karmaşık, durmadan değişen dünyaya adapte olmalarına izin verir.

Onlarca yıldır nörobilimadamları, beynin hafızayı nasıl yaptığını çözme girişimlerinde bulundular. Çalışma arkadaşlarım ve ben, kuvvetli matematiksel analizlerle bir dizi roman deneyimlerini birleştirip, uyanık halde bulunan farelerden 200 nörondan fazla nöronun aktivitesini anında kaydedip, beynin basit mekanizmasının deneyimlerdeki canlı bilgiyi nasıl çekip kullandığını ve o bilgiyi de hafızalara nasıl dönüştürdüğünü keşfettik.

Araştırmaların gitgide artan sonuçları; bir nörondan bir diğer nörona sinyallerin doğrusal akışının beynin algılama ve hafızayı nasıl temsil ettiğini açıklamaya yeterli olmadığına işaret etmektedir. ( Bkz.‘'Nöral Kodu Aramak ‘', Miguel A. L. Nicolelis ve Sidarta Ribeiro; Scientific American, Aralık 2006.) Aksine, koordine olmuş yüksek sayıda nöron aktivitesi gerekmektedir.

Daha da fazlası; araştırmalarımız hafızaları kodlamakla uğraşan nöron nüfusunun, günlük deneyimlerimizi bilgi ve fikirlere dönüştürmeye izin veren bir çeşit genelleşmiş kavramları da çıkardığına işaret etmektedir. Bulgularımız; biyologları, beynin elektriksel impalslar koleksiyonunu algılamak ve hafızaya, bilgiye, sonunda da davranışa dönüştüren kurallarını takip eden evrensel nöral kod şifresini çözmek için biraraya getirmiştir. Böyle bir anlayış; araştırmacıların daha mükemmel bir beyin-makinası arayüzü geliştirmelerine, tamamen yeni üretim akıllı bilgisayarlar ve robotlar dizayn etmelerine, ve belki de bir kişinin ne hatırladığını ve düşündüğünü monitörleyip, kodu çözmeye mümkün kılan zihnin kod kitabını monte etmelerine izin verebilir.

‘Doogie' Sorular Yöneltiyor
Grubumun beyin kodu üzerindeki araştırması, öğrenmenin ve hafızanın moleküler temeline odaklaşıp araştırmadan uzaklaştı. 1999'un sonbaharında gelişmiş hafızaya sahip türde fareler ürettik. (Bkz. ‘'Daha Beyinsel Fare Yaratmak'' , Joe Z. Tsien; Scientific American, Nisan 2000.)

Bu ‘'akıllı'' fareye, 1990'ların başlarındaki TV dramasının akıllı genç doktoru Doogie Howser'ın ismi takma ad olarak verilmiştir. Dr.Doogie Howser, vahşi-tip farelerden daha çabuk öğrenip, daha uzun süreli hatırlamaktadır. Araştırma büyük ilgi ve tartışma oluşturmuştur ve hatta TIME dergisinin kapağına çıkmıştır. Fakat bulgularımız, beni ‘Hafıza tam olarak nedir?' sorusuyla bırakmıştır.

Bilimadamları; algısal deneyimleri uzun-süreli hafızalara dönüştürmede, beyinde bulunan iki beyaz çıkıntının her birini içeren hipokampüs denilen beyin bölgesine ihtiyaç olduğunu biliyorlar . Ve hatta Doogie'yi üretmek için değiştirilmiş olan NMDA reseptörü gibi, hangi moleküllerin işleme kritik davrandıklarını biliyoruz. Fakat, hiçkimse beyinde hafızayı temsil eden sinir hücrelerinin nasıl harekete geçtiğini tam net olarak bilmemektedir.

Birkaç yıl önce, ‘hafızanın ne olduğunu matematiksel veya fizyolojik olarak tasvir etmenin bir yolunu bulabilir miyiz?' diye düşünmeye başladım. İlgili nöral iletişim ağı dinamiğini ve hafıza oluştuğundaki aktivite modelini görselleştirmeyi tanımlayabilir miydik? Ve nöral nüfusun, deneyimin en canlı detaylarını çıkarmayı ve kaydetmeyi mümkün kılan düzenleyici prensiplerini ayırabilir miydik?

Hafızayla ilgili olan nöral kodla alakalı birşey öğrenmek için, beyni daha iyi monitörleyen bir donatımı tasarımlamaya ihtiyacımız vardı. Farelerle çalışmaya devam etmek istedik, böylece bir bakıma öğrenmede ve hatırlamada yetenekleri genetiksel olarak değiştirilmiş hayvanlar üzerindeki deneyleri yürütebilecektik: Akıllı fare Doogie ve mutasyona uğramış, hafızası bozulan fareler gibi.

Araştırmacılar, uyanık haldeki maymunlarda yüzlerce nöronun aktivitesini monitörlediler, fakat farelerle çalışan araştırmacılar bir defada yalnızca en fazla 20-30 hücreyi kaydetmeyi başardılar; çünkü fare beyni bir yer fıstığından daha büyük değildir.

Böylece Longnian Lin, sonra da laboratuarımda postdoktora yapan bir arkadaş ve ben; uyanık haldeki, serbest davranan fare üzerinde daha çok sayıdaki bireysel nöronları monitörlememize izin veren bir kayıt aracı geliştirdik. Daha sonra, beynin en iyi yaptığı gözüken şeyden avantaj sağlayıcı deneyler tasarımladık: Bir kişinin hayatında derin etkisi olabilecek dramatik olayları ortaya koyma gibi. 11 Eylül terörist saldırılarına şahit olmak, depremden sağ kalmak veya hatta Disney'in Terör Kulesi'nden 13 kat aşağı düşmek gibi şeyler unutulması zor olan şeylerdir. Böylece; bu tip duygusallıkla yüklü, ayrı ayrı olaylardan meydana gelmiş olan olayı taklit eden testler geliştirdik. Böyle deneyler uzun süre dayanan, kuvvetli hafızaları üretmelidir. Deneyimle harekete geçen hücreleri bulabilmeyi sağlamak, işlemle ilgili örnekleri ve düzenlenmiş prensipleri çözen yeterli veriyi toplamak, canlı hatıraların şifresini çözmek çok sayıda hücreyi hipokampüs'de gerektirebilir diye düşündük.

Seçtiğimiz ayrı ayrı olaylardan meydana gelmiş olaylar, bir depremin laboratuar versiyonu ( fareyi tutan küçük bir kabın sallanmasının sebep olmasıyla), hayvanın sırtına ani esen bir rüzgar (bir baykuşun gökyüzünden saldırısını taklit etmek isteyen bir rüzgar) ve küçük bir ‘'asansörün'' içinde kısa bir serbest düşüşten oluştu. (bu da, ilk deneyleri yapmaya başladığımız sırada laboratuardaki bir kurabiye kavanozuyla temin edilmişti.)

Her bir hayvan, birkaç saat dinlenme süresiyle ayrılmış her bir olayın yedi bölümüne tabi tutuluyordu. Olaylar sırasında-ve karışan dinlenme dönemleri esnasında- hem hayvanlarda hem de insanlarda hafızayı oluşturmada anahtar bölge olan, hipokampüsün CA1 bölgesinde 260 hücre kadar çok aktivite kaydettik.

Şaşırtan Modeller

Veriyi topladıktan sonra, bu şaşırtıcı olayların hatıralarının kodlarını çözebilecek modelleri araştırma girişiminde bulunduk.

Remus Osan— bir diğer postdoktora yapan arkadaş- ve ben; kayıtları, kuvvetli örnek-hatırlayan metodları, özellikle katsayılı analiz veya MDA'yı kullanarak analiz yaptık. Bu matematiksel metod, geniş sayıdaki boyutlarla olmasa bile yalnızca 3 boyutla grafiksel alana çökmektedir. ( örneğin, 520 boyut yapan 260 nöronun olaydan önce ve olaydan sonraki aktiviteleri.)

Maalesef, klasik eğitim almış biyologların; aksları herhangi bir somut ölçümü yapılan nöronal aktiviteye artık cevap vermemektedir; fakat onlar da farklı olaylardan üretilmiş farklı örneklerin ayrımını yapabilen matematiksel uzayaltının haritasını yapabilmektedirler.

Bu üç-boyutlu alana, tek bir hayvandan aldığımız bütün kayıtlı nöronların toplanmış yanıtlarını tasarladığımızda, dört ayrı ağ aktivitesinin ‘'kabarcıkları'' birdenbire ortaya çıktı:Birincisi, dinlenmiş beyin haliyle ilişkiliydi, diğeri hava esintisi ve bir diğeri de asansör düşüşü. Böylece, hayret uyandırıcı hadiselerimizin her biri CA1 nöral topluluğunun aktivitesinin farklı örnekleriyle sonuçlandı. İnanıyoruz ki bu örnekler; olayların algısal, duygusal ve olgusal yönlerinin birleşmiş bilgisini temsil ediyorlar.

Daha sonra hayvanlar değişik deneyimlerine devam ederlerken bu örneklerin nasıl dinamiksel gelişme gösterdiğini görmek için; her bir hayvan için kayıtlı olan verinin saatlerine kayıt anını an an taşıyıp ve her yarım-saniye penceresi için de MDA analizini tekrar edip ‘'kayan pencere'' tekniğini uyguladık. Sonuç olarak; hayvan her bir olayın olduğu andaki hatıralarını ortaya koyduğu zaman, yanıt örneklerinin nasıl değiştiğini canlandırabildik.

Örneğin; depremi yaşamış olan bir hayvanda, topluluk aktivitesinin dinlenme kabarcığıyla başladığını, deprem kabarcığına fırladığını ve sonra da karakteristik üçgen şeklinde bir eğri oluşturup, dinlenme haline döndüğünü izleyebildik. Bu geçici analiz, daha da ilginç olan bir şeyi ortaya çıkardı:Bu hayret uyandırıcı deneyimlerle ilişkili olan aktivite örnekleri hakiki olaydan sonra, saniyelerden dakikalara değişen aralıklar halinde kendiliğinden tekrar oluştu. Bu ‘'yeniden-oluşmalar'', tipik geometrik şekli içeren benzer eğrileri gösterdi. Fakat kendi orijinal yanıtlarından daha dar bir genişlikteydi.

Bu aktivasyon örneklerinin yeniden tekrarlanması; hipokampüs sistemi yoluyla seyahat eden bilginin beynin hafıza devrelerinde kayıtlı olduğuna, tekrar oynama durumu da, olgudan sonra yeniden toplanan deneyimi hafızalarımızda hayal ettiğimize bir kanıttır.

Tekrar aktif hale gelen bu hafıza-kodlama örneklerini kalitece ve sayıca kendiliğinden ölçme yeteneği; yeni oluşmuş hafıza izlerinin uzun-süreli hafızaların içine nasıl birleştirilmiş olduğunu ve bu işlemlerin akıllı fareleri ve öğrenme-özürlü fareleri nasıl etkilediğini gözlemlemede monitör olabilmenin kapısını açmıştır.

Kliklerin Gücü

Bazı hatıralara işaret eden modeller elimizde olarak, kullanmaya başladıklarımızın içerisindeki nöronların bu farklı olayların kodlarını çözmeye nasıl çalıştığını anlamaya gayret ettik. Osan ve ben, h iyerarşik kümeleme analizi denilen bir diğer matematiksel aleti, sıralı MDA metoduyla birleştirip; bu kapsamlı ağ-düzeyi örneklerinin nöral nüfusun farklı bir altkümesi tarafından üretilen ‘'Nöral Klikler'' olduklarını keşfettik.  

Bir klik; seçilen bir olaya benzer şekilde yanıt veren ve böylece kuvvetli kodlama birimi olarak kollektif şekilde çalışan bir grup nörondur. Daha da fazlası, her bir belirli olayın genelden- belirli olana farklı özellikleri kodlayan nöral klikler grubu tarafından her zaman temsil edildiğini keşfettik.

Özellikle, bir deprem olayı bir genel hayret kliğini aktif hale getirir. ( üç hayret verici uyarıcıya-stimuliye yanıt vereni.) İkinci klik, sadece hareket karmaşasını içeren olaylara yanıt verir (hem deprem hem de asansör düşüşü), üçüncü klik sadece sallamayla aktif olandır, dördüncü klik ise olayın nerede meydana geldiğine işaret eder. ( her depremden önce, hayvanı iki farklı kutudan birinin içine koyduk.)

Böylece; bu ayrı ayrı olaylardan meydana gelmiş bilgi, değişmeden, organize olmuş hiyerarşik (genelden-belirli olana) nöral klik grupları tarafından temsil edilmiştir. Hiyerarşik düzeni; temeli genel karakteristiği kodlayan (‘'hayret verici olay gibi) ve zirvesi daha belirgin bir bilgiyi temsil ederek (‘'sallama'' veya ‘'siyah kutuda sallama'' gibi) özellik kodlaması yapan bir piramid olarak düşünüyoruz.

Hipokampüsün CA1 bölgesi, birçok beyin bölgelerinden ve duyusal sistemlerden girdiler alır ve bu özellik kliğe şifrelemesi için ne tip bir bilgi verildiğine tesir etmektedir. Mesela, bu üç hayret verici olaya yanıt veren klik; bu olayları ve bilgiyi, korku veya değişiklik deneyimlerini işlemden geçiren amigdala'dan ‘'korkutucu ve şoke edici'' olarak kodlayıp, birleştirmiş olabilir.

Hem depremle hem de asansör düşüşüyle aktif hale gelmiş olan bu klikler, (bir başka deyişle, bu geçit sisteminde işlemden geçiren bir girdi olabilir) ‘' bu olaylar benim dengemi bozuyor'' diye kodlama yaparlar.

Benzer şekilde; sadece belirli bir olaya yanıt veren belirli bir bölgede olan klikler, ilave girdiyi yer hücrelerinden birleştirebilirler, ( yaratık kendi ortamındaki belirli bilinen nokta aracılığıyla geçerken ateşlenen nöronlar) böylece de ‘' bu depremin siyah kutunun içinde olduğunu'' kodlarlar.

Bilgiye Giden Yol

Bulgularımız, hafızayı yöneten kodlamanın düzenlenmiş prensipleri hakkında birkaç şeyi ileri sürüyor: Birincisi, nöral kliklerin hafızaya hatıraları canlandıran fonksiyonel kodlama birimleri olarak hizmet ettiğini biliyoruz ve gruptaki bazı tek başına olan nöronların aktivitelerinde farklı olsalar bile, onların bilgiyi temsil etmede yeteri kadar kuvvetli olduklarını biliyoruz.

Hafızanın ve algılamanın nöral nüfus tarafından temsil edildiği fikri yeni olmasa da, böyle bir bilginin gerçekten de nöral nüfus içerisinde düzenlenmiş olduğunu ortaya çıkarıcı ilk deneysel veriye sahip olduğumuzu düşünüyoruz.

Beyin hafızaya bağımlıdır, klikleri kaydeder, aynı olayın farklı özelliklerini çıkartır ve aslında genelden, en belirli yönlerin en karmaşık özellik düzeylerine kadar hiyerarşik şekilde düzenlenmiş piramidin içinde verilen bağlantılı o olayı düzenler. Her biri böyle olan piramitin, bütün olayları ‘'tüm şaşırtıcı olaylar'' olarak paylaşılan kategoriye düşüren bir çokyüzlünün bileşeni şeklinde düşünüleceğine inanıyoruz.

Hafıza oluşumuna bu birleştirici, hiyerarşik yaklaşım; organizmanın hayatı boyunca karşılaşabileceği sınırsız sayıdaki deneyimleri temsil etmek için neredeyse sınırsız sayıdaki benzersiz ağ- düzey örneklerini beynin oluşturması için bir yol sağlar.

Dört ‘'harflinin'' veya DNA moleküllerini yapan nükleotidlerle, esas itibarıyla sınırsız sayıdaki örnekler; dünyadaki sınırsız sayı çeşidinde gözüken organizmaları üretmek için sınırsız sayıdaki örneklerle birleştirilebilir. Çünkü, hafıza kodu kategorik ve hiyerarşiktir; yeni deneyimleri temsil etmeyi işaret eden hafıza piramitleri, zirvelerinin şeklini oluşturan belirli kliklerin yerine geçmeyi gerektirebilir. Örneğin, çitin arkasındaki havlayan köpek bir Alman çoban köpeği yerine bu sefer bir kaniştir veya o deprem İndonezya yerine Kaliforniya'da olmuştur.

Her hafıza-kodlayan piramidin aynı şekilde karmaşık bilgiyi işlemden geçirici klikleri de kapsaması gerçeği; beynin belirli bir olayın her detayını kaydeden basit bir cihaz olmadığı düşüncesini sağlamlaştırmaktadır. Bunun yerine, hafıza sistemindeki nöral klikler, beynin belirli olaylardaki anahtar özelliklerini kodlamaya izin verirler , aynı zamanda, gelecek duruma uygulanabilen temel özellikleri paylaşabilen fakat fiziksel detayda değişebilen genel bilgiyi o deneyimlerden çıkarırlar.

Bu karmaşık kavramları ve bilgiyi günlük olaylardan üretme yeteneği zekamızın özüdür ve durmadan değişen dünyada yeni problemleri çözmemizi sağlar. Mesela, ‘'yatak'' kavramını bir düşünün. İnsanlar dünyada herhangi bir otel odasına gidebilirler ve o çeşit yatağı daha önce hiç görmemiş olsalar bile, anında yatağı hatırlarlar. Bu, sadece belirli yatağın imajını değil; ayrıca yatağın ne olduğunun genel bilgisini de akılda tutan, unutmayan hafıza-kodlayan topluluğun yapısıdır. Gerçekten de, çalışma arkadaşlarım ve ben bunun kanıtını farelerde gördük. Deneylerimiz süresince, hipokampüs nöronlarının küçük bir sayısının karmaşık ‘'kutular'' kavramına cevap verir gözüktüğünü kazara keşfettik. Bu hücreler yuvarlak veya kare veya üçgen veya pamukludan veya plastikten veya tahtadan olsun, her tipteki içiçe girmiş kutuya tepki gösteriyorlar. İçiçe girmiş bir kutunun üzerine bir cam parçasını yerleştirin. Böylece hayvan görebilir fakat artık içine tırmanmaz ve kutu hücreleri tepki göstermeyi bitirirler. Bu hücrelerin bir içiçe girmiş kutunun görüntüsüne veya şekline veya maddesine değil- belirli fiziksel özelliklere- fakat fonksiyonelliğe yanıt verdikleri sonucuna vardık. Bir kutu, içine kıvrılıp uyumak için olan bir yerdir.

Nöral kliklerin kategorik ve hiyerarşik organizasyonu, yalnızca hafızayı kodlamada değil; hipokampüsün dışındaki beyin bölgelerindeki duyumsal algılamadan bilinçli düşüncelere kadar diğer tip bir bilgiyi temsil etmektedir. Bazı kanıtlar, bu varsayımın doğru olduğunu ileri sürmektedir. Görsel sistemde, örneğin, araştırmacılar ‘'yüze'' tekabül eden nöronların (insan yüzleri, maymun yüzleri, ve hatta yaprakların bile) yüz şekline sahip olduğunu keşfetmiştirler. Diğerleri, sadece yüzün altsınıfına yanıt veren hücreleri bulmuşlardır. Hipokampüse tekrar döndüğümüzde, epilepsi hastaları üzerinde çalışan araştırmacılar ünlü insanların imajlarına yanıt vermede ateşleme oranını arttıran hücrelerin altsınıfını keşfetmişlerdir. Daha sonra Los Angeles, Kaliforniya Üniversitesi'nden Itzhak Fried, bir hastanın hipokampüsünün belirli hücresinin sadece aktris Halle Berry'ye yanıt verdiği o enterasan gözlemi yapmıştır. (Belki de bu Halle Berry kliğinin bir parçası!) Böyle gözlemler, genelden-belirliye bilgiyi işlemden geçiren birimlerin, hiyerarşik organizasyonunun beynin her yerinde genel düzenleyici prensibini temsil etmektedir.

11001'İ HATIRLADINIZ MI?

Farelerle olan çalışmalarımız bize bir beyinden bir diğerine örnekleri karşılaştırma yolunu ve hatta beyindeki bilgiyi bilgisayara geçirmeyi sağlamıştır. Matematiksel matriks-ters dönüşüm diye adlandırılan ele alış biçimiyle; nöral klik topluluklarının, incelediğimiz topluluğun içerisindeki her bir kodlama biriminin aktivitesini 1'in aktif hali, 0'ın da hareketsiz hali temsil ettiği sicim (string) ikili koduna dönüştürebildik. Örneğin, depremin hafızası ilk 1'in genel ürkme kliğinin aktif halini temsil eder, ikinci 1, hareket kargaşasına cevap veren kliğin aktif hale gelmesine, ilk 0 hava esintisi kliğinde hareket eksikliğine işaret eder, ikinci 0 asansör düşüş kliğinde hareket eksikliğini gösterir, ve sonuncu 1 deprem kliğinin harekete geçişini gösterir.

Dört ayrı fareden olan nöral topluluk aktivitesini benzer ikili koda uyguladık ve yüzde 99 doğrulukla hangi olayı deneyimlediklerini ve nerede olduğunu tahmin edebildik. Diğer bir deyişle, ikili kodu tarayarak, hayvanların zihinlerini matematiksel olarak okuyabildik ve karşılaştırabildik. Beynin bu ikili kodu, aklın bilme ve idrak kabiliyetini çalıştırmak için hayvan türlerinde bile birleştirici potansiyel temeli sağlayabilir ve daha muntazam olan gerçek-zamanlı, beyinden-makinaya iletişimin tasarımını çok güzel bir şekilde kolaylaştırabilir. Örneğin deprem deneyimleyen bir farenin nöral aktivitesini, kaçış kapısını açmaya yol gösteren bir ikili koda dönüştürüp, sallanan kutudan hayvanın çıkmasına izin veren bir sistem şeklinde düzenledik. Yaklaşım tarzımızın; nöral implantasyonlu hastaların bilgisayar ekranında kürsörü kontrol etmesine izin vermesine veya bir maymunun motor korteksinde kayıtlı sinyalleri kullanarak robotik bir kolu oynatmasını etkileyen cihazlara daha alternatif, içgüdüsel kod çözme metodu sağladığına inanıyoruz. Daha da fazlası, beyindeki gerçek-zamanlı işlem yapan hafıza kodları, bir gün, hatıraları direkt kalıcı dijital bellek için bilgisayara yüklemeye yönlendirebilir. [Bkz. ‘'Dijital Bir Hayat'', Gordon Bell ve Jim Gemmell; Scientific American, Mart].

Buna ilave olarak, diğer bilgisayar mühendisleri ve biz, beynin hafıza sisteminin organizasyonuyla ilgili ne öğrendiğimizi tamamen yeni jenerasyon akıllı bilgisayarlar ve ağ-merkezli sistemlerin tasarımına uygulamaya başlıyoruz; çünkü şimdiki makinalar bilmeye ve kavramaya ait karar örneğini insanların kolay bulduğunu sanıp, başaramıyorlar. (Bu lise sınıf arkadaşını sakal bırakmış olsa ve 20 yaşına gelse bile hatırlamak gibi.)

Bir gün akıllı bilgisayarlar ve hipokampüsdeki hafıza-kodlama birimlerindeki kategorik, hiyerarşik organizasyona benzer organizasyonlu karmaşık algılayıcılarla donatılı makinalar, belki de taklit etmeden daha fazlasını yapabilecekler. Muhtemelen, karmaşık bilmeye ve kavramaya ait işlerdeki insan yeteneğini aşacaklar.

Bana göre, bizim keşiflerimiz, pek çok ilginç ve sinir bozucu olmayan- filozofik olanakları arttıracak. Eğer bütün hatıralarımız, duygularımız, bilgi ve hayal gücümüz 1 ve 0' lara dönüştürülebilinirse, bunun bizim için ne manaya geldiğini ve gelecekte nasıl işleyeceğimizi kim bilebilir?

Bu; bundan 5,000 yıl sonra zihinlerimizi bilgisayarlara yükleyebileceğimiz, uzak dünyalara seyahat edebileceğimiz ve ağda sonsuza kadar yaşayabileceğimiz manasına mı geliyor?

İNSAN BEYNİNİ OKUMA ÜZERİNE

Farelerin zihinlerini okumadaki artan kabiliyetimiz merak uyandırıcı bir olasılığı öne sürüyor: Eğer insan beynindeki nöronlar anında kaydedilebilirse, böyle kayıtlar insan düşüncelerini de meydana çıkarabilir.

Tabii pratik olmak gerekirse, bu teknoloji zarar verici olmamalıdır. EEG monitörleri ve foksiyonel manyetik, çınlamayı aksettirici imajlama yapan cihazlar gibi olan araçlar zarar verici değiller, fakat yeterince hassas da değiller. Milyonlarca sinir hücresinin oksijen tüketimini veya buradan gelen olağan sinyalleri kaydederler. Böyle aletleri kullanmak, kalabalık bir futbol stadyumunu dışarıdan dinlemek gibidir; gürültü, herhangi tek başına olan konuşmaya baskın gelecektir.

Eğer bir hassas metod var olsa; bitkisel hayatta gözüken birinin gerçekten düşünebildiğine karar vermek için veya Alzheimer hastalığı olan ve artık konuşamayan birinin konuşmayı anlayabildiğine karar vermek için potansiyel olarak kullanılabilir.

Böyle bir ‘'zihin okuma'', zihinsel bozuklukları teşhis etmede veya bazı tedavilerin nasıl iyi çalıştığını tayin etmek için ayrıca yardımcı olabilir. Daha iyi olan yalan dedektörleri de mümkün olabilir.

Böyle faydalarla, yine de, büyük ahlaki, filozofik ve toplumsal sorular yöneltilebilir.

Her birimiz diğer insanların zihinlerini okumayı isteyebiliriz, fakat hangimiz zihninin başkaları tarafından okunmasını ister? — J.Z.T .

NAHTARAN

ANAHTAR KAVRAMLAR
¦ Beyin; organizmanın deneyimlerinin hatıralarını temsil eden, oluşturan ve konserdeymişcesine gibi davranan nöronların büyük nüfusuna dayanır.

¦Fare hipokampüsünde ( hafızayı oluşturmadaki kritik bölge), böyle nüfusların alt kümelerinin (‘'nöral klikler'' diye adlandırılanların) bir olayın farklı yönlerine yanıt verdikleri gösterilmiştir. Bazısı karmaşık bir durum hakkındaki genel bilgiyi temsil eder, diğerleri daha seçici özelliklere işaret eder.

¦ Hafızayı uzatmada kullanılan aynı hiyerarşik organizasyon; elektriksel impalsları algılama, bilgi ve davranışa dönüştüren beyin tarafından da uygulanabilir. Eğer durum böyleyse hafıza; tanımlama yapan ve vücudun deneyimlerinden anlam çıkaran beynin evrensel nöral kodunu ortaya çıkarmak için biraraya getirir.

¦ Yazar ve çalışma arkadaşları, klik aktivitesinin kayıtlarını ikili koda dönüştürdüler. Bu şekildeki beyin sinyallerinin sayılması, zihnin kod kitabını birleştirmek için bir temel yaratabilir- bu da, düşünceleri ve deneyimleri listelemede ve onları da kişilerle ve belki de türlerle karşılaştırmak için bir araçtır. —Editörler

HAFIZANIN MOLEKÜLLERİ

1949'da Kanadalı psikolog Donald O. Hebb, hafızanın; her nasılsa iki sinir hücresinden gelecek olan sinyali güçlendiren snapslar yoluyla- (iki nöronun kontakt noktasıyla) birbirini etkilemeden ürettiğini varsaymıştır.

Fakat 1980'lere kadar bilimadamları, Hebb'in kuralının beyin dilimlerindeki hareketini görmediler. İsveç Göteborg Üniversitesi'nden Holger Wigström ve çalışma arkadaşları, hipokampüsteki nöron çiftlerini elektrodlarla uyararak aktif olan bir önsnaptik nöronun

( sinyal veren hücrenin) aynı zamanda bir postsnaptik nöron gibi olduğu (sinyalin alıcısı) gelişmiş snaptik etkiye yönlendirdi: Ön snaptik partnerinden gelen aynı miktardaki girdiye postsnaptik nöron gayretle cevap vermiştir.

Araştırmacılar, NMDA reseptörünün (postsnaptik nöronların membranında bulunan protein kompleksinin) bu snaptik güçlendirmenin sorumlusu, çakışan bir dedektör gibi davrandığını ileri sürdüler.

Bu varsayımı test etmek için, laboratuarın farklı oluşumlarından gelen NMDA reseptörünün bir versiyonunu genetiksel olarak hareket ettirmeye karar verdiler.

Hipokampüste NMDA reseptörü bulunmayan yetişkin farelerin büyük hafıza kayıpları gösterdiğini teyit ettik.

Biz ayrıca tam aksinin doğru olduğunu da gösterdik: Hipokampüste ve kortekste belirli NMDA reseptör altbiriminin üretimini (NR2B diye bilinir) arttırdığımızda, sonuçlanan ‘Doogie' diye adlandırdığımız fare- değiştirilmemiş fareden daha hızlı öğrendi ve hatıraları daha uzun süre aklında tuttu.

NMDA reseptörünün aktif hale gelmesi- ve yeniden aktif hale gelmesi- hafızayı şifrelendiren nöral kliklerin aktivite örneklerinin bütününü kaydedip, böylece hafıza izlerini moleküler düzeyden ağ düzeyine bağlamaya hizmet edebilir.- J.Z.T .

HAFIZA KODUNU ORTAYA ÇIKARAN ADIMLAR:

1.KAYDEDİLEN DENEYİMLER

Takım, farelere kaydedici CA1 nöronlarından geniş bir diziyi ateşleyip, haritalarını çıkartırken üç şaşırtıcı deneyime maruz bıraktı- arkada ani bir esinti, kutuya düşüş (‘'asansör düşüşü), ve kafeste sallama (‘'deprem'').

2. UYGULANAN ÖRNEK HATIRLAMA ALGORİTMALARI

Yazılım, veriyi hayvan dinlenirken ve şaşırtıcı olaylardan geçerken tek bir fareden bütün kayıtlı nöron topluluğunu 3 boyutlu haritaya çevirmiştir. Böyle haritalar, araştırmacıların o 3 boyutlu alandan hayvana ne olduğunu ‘'okumalarını'' sağlamıştır. [FINDINGS

3. KEŞFEDİLMİŞ KODLAMA KLİKLERİ

Daha ileri analizler, olay sırasında aktif olan nöron topluluğunun altkümeler (nöral klikler olarak adlandırılanı) kapsadığını ortaya çıkarmıştır. Klikteki hücrelerin hepsi de birbirine benzer ateşleme modellerini göstermektedir ve diğer kliklerin parçası değildir.

4. BULUNAN HAFIZA ORGANİZASYONU

Diğer analizler, (genelden özele değişen bir şekilde) her bir kliğin bir deneyimin farklı özelliğini kodladığını göstermiştir. Yazar bu hiyerarşik organizasyonu en genel klikle bir piramit olarak tasarlamıştır. (Piramit katmanlarının büyüklükleri klikteki nöron sayısını belirtmemektedir.)

5. İKİLİ KODA ÇEVRİLMİŞ BEYİN AKTİVİTESİ

Araştırmacılar, daha sonra klik aktivitesini hayvanın deneyimlediği olayın ayrıntılarını meydana çıkaran ikili kodun sicimi (string) gibi gösterdiler. Burada gösterilen sicimde, 1'in manası, belirli kliğin aktif olmasını ve 0 da hareketsizliği belirtir. Nöral aktivitenin ikili dönüştürümleri; araştırmacılara konuşamayan insanların zihinlerinin ilerlemesi gibi veya yalnızca düşüncelerle kontrol edilen robotların gelişmelerinin ilerlemesi gibi birçok alanda bazı faydalar kanıtlamıştır.