Hafıza İmplantları: Kaybedilen Anıları Geri Getirebilir Miyiz?

Bilimkurgu filmlerinde gördüğümüz teknolojiler implantlarla hayatımıza girebilir. Beyindeki elektriksel sinyalleri görüntüleme ve bunları kontrol etme yeteneğimizin gelişmesiyle birlikte çeşitli hastalıklar ve travmalar sonucu yitirilen işlevleri geri kazandırabiliriz.

Nöral İmplantlar

Hafıza implantlarına geçmeden önce beyin implantlarından bahsedelim. Nöral implantlar, girdi aygıtları ve çıktı aygıtları olarak ikiye ayrılır. Girdi aygıtları dış dünyadan alınan duyusal bilgileri (ses, ışık) beyne iletir. Çıktı aygıtları ise beyinden gelen sinyalleri dış dünyaya iletir. İnsanlar üzerinde denenen ilk aygıtlar koklear implantlar gibi girdi aygıtları olmuştur.^[1] Her yıl on binlerce insanın işitme duyusunu yeniden kazanmasını sağlayan koklear implantlar, korti organını devre dışı bırakır ve direkt olarak ganglion hücrelerini uyararak işitmeyi sağlar.^[2]

Hafıza İmplantları

Kaybedilen duyu ve hareketlerimizi geri kazandıran bu teknolojiyi anılarımıza da uygulamak mümkün müdür?

Sam Deadwyler’ın çalışmalarına bir göz atalım. The Matrix’te kung fu becerileri edinen Neo gibi, bir sıçanın beynine 30 farklı sıçandan alınan anılar yerleştirilerek sıçanın yaşamadığı deneyimlerden ders çıkartılması sağlandı. Bellek aktarımını mümkün kılan nöral implantlar sayesinde kaza, felç ya da Alzheimer hastalığı sonucunda kaybedilen beyin işlevleri geri kazanılabilir.

Hafıza kaybı yaşayan insanlarda beyinde hasar gören alanlar arasında bilgi alışverişi düzgün yapılamaz ve hatırlama işlevi gerçekleşmez. Şayet bir beyin alanından gelen sinyalleri beynin hasar görmüş bölgesini pas geçip farklı bölgelere kaydetmeyi başaran cihazlar geliştirirsek, yeni anı oluşturma yeteneği hatta eski anıların geri kazanılmasını sağlayabiliriz. Ancak bu tahmin edilebileceği üzere pek de kolay değildir. Hafızanın beynin birden fazla alanının koordineli bir şekilde çalışmasıyla oluşması ve farklı bellek türlerinin olması böyle bir cihazı üretmeyi karmaşıklaştırmaktadır. Beyindeki alanlar arasındaki iletişimin sağlanması için cihazın, bir dizi nöronun aktivitesini kaydedip gerek duyulduğunda farklı bir dizi nöronu uyararak anıları yeniden oynatabilmesi gereklidir. Uzun süreli bellekte toplanan anıların bulunduğu hipokampusa yerleştirilen bir implant sayesinde anıları kaydetmek mümkün olabilir. Fakat ”anı kaydetme ve tekrar oynatma” için öncelikle belirli bir anıyı temsil eden nöral şifre çözülmelidir. Nöronların ateşleme örüntüsünün bize bu konuda yardımcı olacağı düşünülmektedir. Örneğin belirli nöronların belirli sırada ateşlenmesi sizin Kız Kulesi hakkında düşüncenizi temsil ederken farklı bir sırada ateşlenmesi İstanbul hakkında düşüncesi temsil ediyor olabilir.

Nöronların Şifresi

Bu alandaki ilk adımlar çoklu girdi/çoklu çıktı (MIMO) tekniğinin kullanılmasıyla oldu. MIMO, genelde kablosuz iletişim araçlarının oluşturduğu gürültüde anlamlı sinyalleri çekip çıkartmak için kullanılır, yazının devamında bahsedilecek olan deneyde Theodore Berger bu prensibi milyonlarca ateşlenen nöron içinden anlamlı dizileri tespit etmek için kullandı.^[1] Berger, Deadwyler ve Hampson’nın yürüttüğü çığır açıcı nitelikteki deneyde sıçanların hipokampuslarına elektrot yerleştirildi. Daha sonra sıçanlar verilen ödülleri almak için iki kaldıraçtan birini ittiler ve bu hareketlerle ilgili nöral şifreler MIMO algoritması kullanılarak kaydedildi. Sonrasında ekip, sıçanlardan birine ilaç vererek hatırlama yetisini kaybettirdi. Aynı elektrot kullanılarak nöronlarda aynı ateşleme örüntüsü uyarıldıktan sonra, sıçan hafıza kaybı yaşamasına rağmen hangi kaldıracı itmesi gerektiğini bildi. Diğer bir deyişle algoritma sayesinde sıçanın hafızası düzelmişti.^[3] Bu deney, elektronik cihazların nöral şifrelemeyi çözerek yapay bir hipokampüs görevi görebileceğini ve hafıza onarımında kullanılabileceğini gösteren büyük bir başarıydı. Aynı ekibin sıçan hafızalarını birbirine aktarma ile ilgili diğer deneyi de oldukça ilginçtir. Deneyde iki grup sıçandan bir grup, ödülü almak için kaldıraçları belirli bir sırayla itmeleri, en önemlisi de kaldıraçları itmeden önce 30 saniye beklemeleri için eğitildi. Diğer grup bu eğitimi almadı. Birinci gruptaki sıçanlardan elde edilen beyin faaliyetleri MIMO algoritmasıyla kaydedildi ve elektrotları ikinci gruptaki sıçanlara yerleştirildi. Eğitim almamış olmalarına rağmen sıçanlar uzun bir bekleyişten sonra kaldıraçları ittiler. Bu modelle birlikte sıçanların belleğinde daha önce olmayan bir anı oluşturulmuştur. Çok sayıda kontrollü deney yürütülerek 2013 senesinde makaleleri yayınlandı ve sonuç: Beyne genel bir anının izini yerleştirmek gerçekten mümkündür!^[1]

Eğer bu yöntem insanlar üzerinde uygulanabilirse beynin hasar görmesinden sonra sıklıkla yitirilen diş fırçalamak, araba sürmek gibi genel beceriler tekrar öğrenilebilir. Alandaki gelişmelerle birlikte mikroçiplerin fonksiyonu sadece basit genel becerilerle kalmayıp karmaşık işlevleri de yerine getirebilir. Cepheden yeni dönen ve hafıza kaybı yaşadığı için eşinin yüzünü hatırlamakta zorlanan birini düşünelim. Kişi, mekan, cisim gibi bilgiler beyinde parçalara ayrılarak ayrı ayrı kodlanır (kişinin saç rengi ve boy uzunluğu gibi). Deadwyler ve Hampson bu süreci MIMO kullanarak izledi. Deneyde makak maymunlarını bir görüntünün şeklini ve konumunu ezberlemeleri, daha sonra da bunu diğer seçenekler arasından seçmeleri için eğittiler. Bu sırada algoritma maymunların prefrontal kortekslerinde ve hipokampuslarındaki sinyalleri elektrotlar yardımıyla kaydetti. Maymunlara anıların uzun süreli belleğe kaydedilmesini engelleyen ilaç verilerek deney tekrar edildi. Başarılı denemelerdeki kaydedilen sinyaller kullanarak maymunların beyinlerine gönderildiğinde diğer maymunlara kıyasla daha başarılı oldukları görüldü. Başarılı denemelerde kaydedilen sinyaller, beyinde ‘’doğru’’ anı oluşturmayı başardı.^[4]

Cevaplanmayı Bekleyen Sorular

Luis Bunuel’in ifadesiyle, ‘’Belleğimiz;anlayışımız,mantığımız, hislerimiz, hatta hareketlerimizdir. Belleğimiz olmadan bir hiçiz’’. Hafızalarımızı yapay bir şekilde değiştirmek belleğe ve benliğimize karşı düşüncelerimizi değiştirir mi?^[1] Eğer gelecekte beyin implantları insan fizyolojisini geliştirmek için, bir çeşit modifikasyon amacıyla kullanılırsa, bilgisayar-beyin arayüzü insan anlayışımızı ve kimlik duygumuzu değiştirir mi?^[5]

---

Kaynakça ve İleri Okuma

[1] New Scientist. (2017). Beynimiz Nasıl Çalışır? (C.E.Topaktaş, Çev.) (2.Baskı) içinde (s. 207-229) İstanbul:Say Yayınları.

[2] M. Koçyiğit, T. Cakabay, S.G.Ortekin, S.Ü. Bezgin. (2016). Koklear implant: Biyonik kulak. Acıbadem Üniversitesi Sağlık Bilimleri Dergisi, 2018(3), 223-228.

[3] Berger, T. W., Hampson, R. E., Song, D., Goonawardena, A., Marmarelis, V. Z. ve Deadwyler, S. A. (2011). A cortical neural prosthesis for restoring and enhancing memory. Journal of Neural Engineering, 8(4). 046017.

[4] Hampson, R. E., Song, D., Opris, I., Santos, L. M., Shin, D. C., Gerhardt, G. A., Marmarelis, V. Z., Berger, T. W. ve Deadwyler, S. A. (2013). Facilitation of memory encoding in primate hippocampus by a neuroprosthesis that promotes task-specific neural firing. Journal of neural engineering, 10(6), 066013.

[5] McGee, E. M., & Maguire Jr, G. Q. (1998). Ethical Assessment of Implantable Brain Chips. In The Paideia Archive: Twentieth World Congress of Philosophy, 4, 94-99.

Görsel Kaynakçası

[g.1] New Scientist. (2017). Beynimiz Nasıl Çalışır? (C.E.Topaktaş, Çev.) (2.Baskı) içinde sayfa 226. İstanbul:Say Yayınları.

[g.2] New Scientist. (2017). Beynimiz Nasıl Çalışır? (C.E.Topaktaş, Çev.) (2.Baskı) içinde sayfa 230-231. İstanbul:Say Yayınları.