Bulunduğumuz konumdan uzaktaki yerleri hayal etmek, hem hafızanın hem de gelecekteki olası senaryoları hayalimizde canlandırmanın bir parçası. Hayvanlar bu kabiliyete sahipse, kendi türümüze benzer bir hayal etme biçimi sergiliyor olabilirler.
Howard Hughes Tıp Enstitüsünde çalışan mühendis, sinirbilimci ve makalenin eş yazarı Chongxi Lai, “Sıçanlar gerçekten de çevredeki yerlerin suretlerini oraya gitmeden aktifleştirebiliyorlar” diyor. “Fiziksel bedeni sabit olsa bile, konumsal düşünceleri çok uzak bir bölgeye gidebiliyor.”
Lai ve Maryland – Howard Hughes Tıp Enstitüsünde çalışan bir araştırma takımı bu konuyla ilgili daha fazlasını öğrenmek için, sıçanların düşüncelerini kullanarak belli bir yere doğru gittiklerini veya uzaktaki bir cismi hareket ettiklerini hayal edip edemediğini görmek amacıyla bir dizi deney tasarlamış.
Sıçanlar için yeni bir beyin-makine ara yüzü ve sanal gerçeklik sistemi. Bu deneyde, bir sıçan bu sistemi kullanarak sadece ulaşmak istediği yeri düşünüp bir hedefe doğru gidiyor. Sistemin kurallarına göre, sıçanın yaptığı fiziksel hareket sıçanın sanal ortamdaki konumunu etkilemiyor. Sıçan gittiği yeri sadece hipokampal beyin faaliyetini kontrol ederek kontrol edebiliyor. Daha detaylı anlatmak gerekirse, bu sistemde hayvan, hipokampal faaliyetin temsil ettiği ‘deşifre edilmiş konuma’ doğru sanal şekilde hareket etmiş.
Bir sıçanın zihnini okumak
İnsanlar ve kemirgenler bazı olaylar yaşadıklarında veya bazı yerleri ziyaret ettiklerinde, hipokampus bölgelerinde belli sinirsel faaliyet kalıpları etkinleşiyor. Konumsal hafızadan sorumlu olan beynin bu bölgesi, sıçanın dünyasının zihinsel haritasını depoluyor. Bölge ayrıca geçmişteki olayları yeniden hatırlamak ve gelecekteki durumları hayal etmekte de kullanılıyor. Anıları çağırmak için, hipokampusta yerler ve olaylarla ilişkili belli kalıplar üretiliyor. Şempanzelerin bir şeyi gerçekten yaparmış gibi yapma kabiliyetinin bulunduğu gösterilmiş ancak bilim insanları, şempanzelerin ve insan dışı diğer hayvanların nasıl düşündüklerini hâlâ çözmeye çalışıyor.
Araştırma takımı bir sıçanın beyninin içine bakmak ve beyindeki bu örüntüleri görmek için gerçek zamanlı çalışan bir “düşünce algılayıcısı” geliştirmiş. Sistem sinirsel faaliyeti ölçüyor ve bir beyin-makine ara yüzü (BMI) kullanarak bunun ne anlama geldiğini tercüme ediyor.
BMI, sıçanın hipokampusunda meydana gelen elektriksel faaliyet ile hayvanın 360 derecelik sanal bir gerçeklik sahnesindeki konumu arasında bir bağlantı oluşturmuş. Böylelikle araştırmacılar, bir farenin hipokampal faaliyeti harekete geçirip, sanal sahnedeki bir konumu oraya gerçekten gitmeden düşünüp düşünemeyeceğini görme fırsatı bulmuşlar.
Bir sıçan ‘düşünce sözlüğü’
BMI’nin faaliyete girmesiyle araştırmacılar, sıçanlardaki beyin sinyallerini çözmek için çalışmışlar. Sıçan deneydeki sanal sahnede gezerken, beyin faaliyet kalıplarının nasıl göründüğüne yönelik bir “düşünce sözlüğü” inşa etmişler.
Bunun için sıçan bir sanal gerçeklik sistemine koşulmuş. Sıçan küresel bir yürüme bandında yürüdükçe, hareketleri 360 derecelik bir ekrana tercüme edilmiş. Hedefine ulaştığındaysa sıçana ödül verilmiş.
Sıçan yürüme bandında yürürken, BMI sistemi hipokampusta gerçekleşen faaliyeti kayıt altına almış. Araştırma takımı, sıçan her bir hedefe ulaşmak için sanal sahnede gezinirken hangi nöronların faaliyete geçtiğini görmüş. Bu sinyaller, araştırma takımına hipokampusta neler olduğunun gerçek zamanlı tercümesi için bir temel sağlamış.
Düşünce sözlüğünün hazırlanmasıyla araştırmacılar yürüyüş bandının bağlantısını kesmişler. Bir hedef konumuna doğru yürümeyle ilişkilendirilen hipokampal faaliyet kalıbının yeniden oluşturulmasının ilk adımı için sıçana ödül verilmiş.
Jumper görevi ve Jedi görevi
Sonrasında, sıçanların yerine getirmesi için Jumper ve Jedi olmak üzere iki farklı görev tasarlamışlar.
Jumper görevinde BMI, sıçanın beyin faaliyetini bir ekrandaki harekete tercüme etmiş. Hayvan ödülü almak için nereye gitmesi gerektiğini düşünerek, aslında ödülü bulmak için düşüncelerini kullanıyormuş. Bu durum, işe veya okula gitmeye ve yol boyunca geçeceğimiz bina ve yerleri hayal etmeye benzeyen bir düşünce işlemi.
Jedi görevinde, sıçanın zihninde bir cismi bir konuma taşıması gerekiyormuş. Fare sanal bir ortamda sabitmiş fakat hipokampal faaliyetini kontrol ederek, cismi bir hedefe doğru hareket ettirdiğini kafasında canlandırmış. Bu durum, koltukta oturan birisinin ayağa kalktığını ve mutfakta bir bardağa su doldurduğunu hayal etmesine benziyor. Araştırma takımı ardından sıçanın hedefinin konumunu değiştirmiş. Bunun için sıçanın, yeni konumla ilişkili faaliyet kalıpları üretmesi gerekiyormuş.
Bilim insanları, sıçanların hipokampal faaliyetlerini kesin ve esnek biçimde kontrol edebildiklerini keşfetmişler. Hatta şaşırtıcı bir şey de görmüşler ve sıçanların bu faaliyeti sürdürüp, düşüncelerini belli bir konumda saniyelerce tutabildiklerini keşfetmişler. Bu süre penceresi, insanların geçmişteki olayları zihinlerinde yeniden canlandırabilmek veya yeni senaryolar hayal edebilmek için geçirdikleri süreye benziyor.
Howard Hughes Tıp Enstitüsünde çalışan biyofizikçi ve makale eş yazarı Tim Harris, “Çarpıcı olan diğer bir şey ise sıçanların çok uzun bir süre boyunca başka bir yeri değil, o yeri düşünmeyi öğrenebilmesiydi” diyor. “Sıçanların bu kadar uzun bir dikkat süresi olduğunu düşünmezdik.”
Araştırma takımına göre yeni çalışma, BMI’nin hipokampal faaliyetleri incelemek için kullanılabileceğini ve beynin bu çok önemli bölgesini incelemede yeni bir yöntem teşkil edebileceğini gösteriyor. BMI, protez teknolojilerinde giderek daha fazla kullanılıyor. Araştırmacıların bu son çalışması ise aynı ilkelere dayalı cihazların geliştirilmesinde kullanılabilir.