Google öncülüğündeki bilim insanları, yaklaşık 10 yıllık çalışmanın ardından yetişkin bir erkek meyve sineğinin beyninin ve merkezi sinir sisteminin şimdiye kadarki en kapsamlı bağlantı haritasını oluşturdu.
Bir canlının beynini bilgisayara yükleyip ona Doom oynatabilir misiniz? Ya da beynini Minecraft'a yerleştirip çevresini keşfetmesini sağlayabilir, Bitcoin alıp satmasına izin verebilir misiniz? Son günlerde internette yayılan videolara bakılırsa bunlar halihazırda gerçekleşti bile.
REKLAM
REKLAM
Google öncülüğündeki bilim insanları, yaklaşık 10 yıllık çalışmanın ardından yetişkin bir erkek meyve sineğinin beyninin ve merkezi sinir sisteminin şimdiye kadarki en kapsamlı bağlantı haritasını oluşturdu. Bu harita geliştiricilerin erişimine de açılınca dünyanın dört bir yanından mühendis, sinek beyniyle çeşitli deneyler yapmaya başladı. Bunlar arasında meyve sineğini ChatGPT ile tanıştıran da var.
Hatta bazıları daha da ileri giderek sanal bir sineği artırılmış gerçeklik teknolojisi yardımıyla gerçek dünyada dolaşmaya bile çıkardı.
O halde, "MaleCNS v1.0" adı verilen bu sinek, artık bir çeşit Matrix içinde mi yaşıyor?
Aslında sinek beyninin 'konektom'u çıkarıldı
MaleCNS v1.0'da 166 bin 700'den fazla nöron var. Araştırmacılar ayrıca bu hücreler arasındaki devasa bağlantı ağını haritaladı ve merkezi sinir sistemindeki yaklaşık 11 bin 700 farklı nöron tipini sınıflandırdı.
Bu, bilim insanlarının bir hayvanın sinir sisteminin nasıl çalıştığını anlaması açısından olağanüstü derecede detaylı bir yol haritası.
Ancak bu çalışmada bilim insanları aslında sineğin beynini bilgisayara yüklemiş olmuyor. Sineğin beyninin bağlantı şemasını çıkarmış oluyor. Dolayısıyla sosyal medyayı sallayan "dijital sinek", bir zamanlar yaşamış gerçek sineğin zihninin bilgisayar içinde yaşamaya devam eden birebir kopyası değil.
Konektom nedir?
Çalışmanın merkezindeki kavram “connectome”, Türkçede “konektom” ya da “sinirsel bağlantı haritası” olarak ifade ediliyor.
Konektom'u beynin son derece ayrıntılı bir bağlantı şeması olarak düşünmek mümkün. Hangi nöronun hangi nörona bağlandığını ve bağlantıların nerede kurulduğunu gösteriyor. Bir şehrin bütün yollarını, kavşaklarını ve bağlantılarını gösteren devasa bir haritaya benzetilebilir.
Fakat şehrin yol haritasına sahip olmak, o anda şehirde neler yaşandığını bilmek anlamına gelmiyor.
Nitekim gerçek bir beynin çalışması da yalnızca nöronların birbirine bağlanma şekillerinden ibaret değil. Nöronların elektriksel özellikleri, bağlantıların zaman içinde güçlenip zayıflaması, hormonal durumlar, vücuttan gelen sinyaller ve önceki deneyimler de davranış üzerinde rol oynuyor. Konektom'lar tıpkı bunlar gibi pek çok bilgiden halen yoksun.
İlk kez bir sineği bilgisayara yüklediklerini iddia etmişlerdi
Bu arada, Eon Systems adlı bir teknoloji firması, bu yılın başlarında ilk kez bir sineğin beynini bilgisayara yüklediğini iddia etmişti. O firmanın kullandığı temel konektom, 2024'te yayımlanan yetişkin dişi meyve sineği beyin haritasına dayanıyordu.
Gerçek bir sinek yürürken gözleri, bacak ve dokunma sensörleriyle sürekli veri topluyor. Eon Systems'in kullandığı MuJoCo simülasyon motoru da sanal dünyayı sürekli hesaplıyordu. Yani her milisaniyede sineğin konumu, hızı ve ayağın yere temas edip etmediği ve görüş alanında ne olduğu gibi bilgileri topluyordu. Bunlar sayısal verilere çevrilip “sinir sinyali”ne dönüştürülüyordu. Dijital beyin bunu gerçek sinyal sanarak bu doğrultuda hareket ediyordu.
Bu düzenek, "Matrix" benzetmesini de yine beraberinde getirmişti.
Google öncülüğünde yapılan bu çalışmada ise sineğin sanal ortama nasıl aktarılacağı ile ilgilenilmedi. Diğer bir deyişle araştırmanın kendisi sanal bir sinek bedeni oluşturup bu bedeni bir çevreye yerleştirmek üzerine değil. Yine de bu konektom üzerinden başka ekipler çeşitli simülasyon girişimlerinde bulunuyor.
Örneğin yukarıda bahsi geçen artırılmış gerçeklik (AR) deneyinde, AR teknolojisi, ışığı ve çevresindeki odayı algılıyor. İddiaya göre bu duyusal bilgiler sineğin sinir sistemine aktarılıyor ve MaleCNS konektomu bu bilgileri işliyor. Sonunda nöronların oluşturduğu komutlar yeniden AR aracına gönderiliyor; kanatlar, bacaklar ve baş bu komutlara göre tepki veriyor.
Öte yandan, Google'ın araştırmasında bu erkek sineğin yalnızca beyni değil, "ventral sinir kordonu"nu da kapsayan merkezi sinir sistemi de haritalandırıldı. Bu da araştırmacıların yalnızca sineğin “beyninin içinde ne olduğunu” değil, beynin verdiği kararın bedende nasıl harekete dönüştüğünü de takip edebilmesi anlamına geliyor. Diğer bir deyişle, beynin verdiği komutun bacak veya kanat gibi vücut parçalarını hareket ettiren motor devrelere ulaşmasına kadar uzanan sinirsel zinciri tek bir harita üzerinde takip etmek mümkün.
Bu sayede meyve sineğinin beyin haritasına, Doom, Super Mario, Beat Saber ve Minecraft gibi oyunları oynatma deneyleri için elverişli hale geldi. Sonunda da bu deneyler bir akıma dönüşerek interneti ele geçirdi.
Diğer yandan, önceki aylarda Eon Systems'in ürettiği konektom'u gerçek sinek beyninden ayıran önemli bir sorun daha vardı: Uzun süreli hafıza oluşturamaması. Google'ın MaleCNS haritası bununla ilgili devrelerin anatomisini içeriyor ama gerçek zaman içinde nasıl değiştiğini göstermiyor. İnternette yapılan deneylerde de sineğin artık uzun süreli anılar oluşturabildiğini gösteren yeterli kanıt yok. Yine de bazı geliştiriciler MaleCNS üzerine yapay hafıza mekanizmaları eklemeye çalışıyor.
Bu devasa harita nasıl çıkarıldı?
Google işbirliğindeki araştırmacılar, meyve sineğinin merkezi sinir sistemini önce son derece ince kesitlere ayırarak elektron mikroskobuyla görüntüledi. Bunun sonucunda milyonlarca iki boyutlu görüntü elde edildi.
Ardından bilgisayar sistemleri ve yapay zeka kullanılarak bu 2D görüntüler bir araya getirildi ve nöronların üç boyutlu şekilleri yeniden oluşturuldu.
İş bununla da bitmedi. Otomatik olarak oluşturulan bağlantıların insanlar tarafından kontrol edilmesi, hataların düzeltilmesi ve hücrelerin sınıflandırılması gerekti. Proje bu nedenle yaklaşık 10 yıla yayıldı.
Meyve sineği neden bu kadar önemli?
İnsan beyninde yaklaşık 86 milyar nöron olduğu tahmin ediliyor. Bu nedenle insan beyninin her bir nöronunu ve aralarındaki bağlantıları aynı ayrıntı düzeyinde haritalamak bugün için son derece güç.
Meyve sineği ise çok daha küçük bir sinir sistemine sahip olmasına rağmen görme, koklama, tat alma, öğrenme, yön bulma, saldırganlık ve çiftleşme gibi karmaşık davranışlar sergileyebiliyor.
Üstelik "Drosophila" türleri 100 yılı aşkın süredir genetik ve biyomedikal araştırmalarda kullanılan en önemli model organizmalardan biri.
Harita ayrıca erkek ve dişi sineklerin sinir sistemlerinin karşılaştırılmasına imkan sağlıyor. Nöronların büyük kısmı iki cinsiyette benzer olsa da bazı hücreler yalnızca bir cinsiyette var. Bazılarıysa iki cinsiyette de bulunmasına rağmen farklı bağlantılar kuruyor.
Bunun çiftleşme ve saldırganlık gibi cinsiyete bağlı sosyal davranışların sinirsel temellerinin anlaşılmasına yardımcı olması bekleniyor.
İnternet camiası sineğe eziyet mi ediyor?
Araştırmanın çok önemli bilimsel çıktıları olsa da, büyük yankı uyandırmasının bir sebebi internet camiasının duyduğu ilgi. Kısa bir süre içinde haritaya erişim sağlayan pek çok geliştirici, konektom'u video oyunlarına bağlamaya başladı.
Yankı uyandıran ilk örneklerden biri, yazılım geliştiricisi Alex Wormuth'un sinek sinir sistemini içeren simülasyonu 1993 yapımı Doom oyununa bağlamasıydı.
Buradaki sistem ise basitçe sineğin önüne bilgisayar ekranı koymaktan ibaret değil. Sistemde oyunun görüntüsü sayısal verilere dönüştürülerek simülasyondaki görsel nöronlara aktarılıyor. Her Doom karesi binlerce parlaklık ve renk girdisine dönüştürülüyor. Bunlar sineğin görsel sistemini temsil eden nöronlara gönderiliyor. Ağda ortaya çıkan aktivite ise tekrar oyun kumandalarına çevriliyor.
Örneğin, sinek oyunda hasar aldığında bazı dopamin nöronlarına olumsuz pekiştirme sinyali gönderiliyor. Böylece sistemde biyolojik öğrenme devrelerinden esinlenen bir geri bildirim mekanizması oluşturuluyor.
Oyunlarda sineğin simülasyondaki bedeninin hasar görmesi sosyal medyada tartışma yarattı. Bazı kullanıcılar, "İnsanlar sineğe işkence mi ediyor?" sorusunu yöneltti.
Ancak aslında, sistem, gerçek sineklerde ödül veya kaçınmayla ilişkili olduğu bilinen nöronal devrelerin yapısından yararlanılarak simülasyona sayısal bir geri bildirim vermiş oluyor.
Dijital sineğe açlık gibi durumlar da programlanabiliyor. Örneğin sistemin enerji seviyesi düşürülebiliyor ve belirli bir eşikten sonra gerçek sinekte beslenmeyle ilişkili olduğu bilinen nöronlar etkinleştirilebiliyor. Böylece dışarıdan bakıldığında sanal canlı “acıkmış” gibi davranabiliyor. Ancak bu, onun öznel olarak açlık hissettiğini göstermiyor.
Gerçek sinek nerede?
Hikayenin tamamını anlamanın en iyi yolu bu soruyu sormak olabilir. Zira konektom'u çıkarılan sinek artık yaşamıyor.
Elektron mikroskobuyla bu ölçekte görüntüleme yapabilmek için biyolojik dokunun hazırlanması, çok ince kesitlere ayrılması ve görüntülenmesi gerekiyor.
Dolayısıyla bilgisayardaki yapı, o sineğin yaşamına devam devam eden beyni değil. Araştırmacıların elinde belirli bir anda dondurulmuş anatomik yapının olağanüstü ayrıntılı bir kaydı var.
İnsan beynini bilgisayara aktarmak mümkün mü?
Tüm bu çılgınlık, akla o nihai soruyu getiriyor: İnsan beynine aynı işlemi uygulamak mümkün mü?
İnsan beyninin eksiksiz konektomunu, yani yaklaşık 86 milyar nöronun ve aralarındaki yüzlerce trilyon sinaptik bağlantının tek tek haritasını çıkarmak bugünkü teknolojiyle mümkün değil. MRI gibi yöntemlerle yaşayan insan beynindeki büyük ölçekli bağlantı yollarını gösteren “makro-konektomlar” oluşturulabiliyor, ancak bunlar tek tek nöron ve sinapsları göstermiyor. Meyve sineğinde kullanılan elektron mikroskobu düzeyindeki yöntemler ise dokunun çok ince dilimlere ayrılarak görüntülenmesini gerektiriyor ve yaşayan bir insan beynine uygulanamıyor.
Ölçek de başlı başına büyük bir engel. Araştırmacılar 2024'te yalnızca bir insan beyninin yaklaşık bir pirinç tanesi büyüklüğündeki 1 mm³'lük parçasını elektron mikroskobuyla haritaladığında bile yaklaşık 57 bin hücre, 150 milyon sinaps ve 1,4 petabaytlık veri ortaya çıkmıştı.
800 bin beyin hücresi Doom oyununa bağlanmıştı
Beyin hücreleriyle yapılan bu tür araştırmalar, "organik hesaplamalı mekanizmalar" açısından da potansiyel sonuçlar barındırıyor.
2022'de yapılan bir çalışmada 800 bin fare beyin hücresi, Doom oyununa bağlanmıştı. Sonuçta laboratuvarda mini bir beyin oluşturulmuş ve bu mini beyin ile video oyunu oynanabildiği gösterilmişti.
Cortical Labs adlı araştırma kurumu, aylar önce bu kez laboratuvarda büyütülen insan beyin hücrelerini, elektrotlarla kaplı bir silikon çipin üzerine yerleştirerek organik bir bilgisayar oluşturmuştu.
Sistemde, hücrelerin sağlıklı bir şekilde çalışmasını sağlamak için özel bir yaşam destek ünitesi de yer alıyordu. Cortical Labs ekibi, CL1 adlı bu biyolojik bilgisayarı "bedeni olmayan bir beyin" diye tanımlamıştı.
Şirkete göre, CL1 yapay zeka dil modellerinden çok daha az enerji harcayarak bilgiyi işleyebiliyordu. Ayrıca bulut hizmeti olarak da çalışıyordu. Yani araştırmacılar, fiziksel bir CL1 cihazı satın almak yerine, internet üzerinden erişerek bu biyolojik bilgisayarı kullanabilmişti.