Londra Üniversitesi Koleji (UCL) araştırmacıları, sinirsel kod çözme alanında büyüleyici bir ilerleme kaydetti. Ekip, sadece farelerin beyin aktivitelerinden yola çıkarak 10 saniyelik video klipleri yeniden oluşturdu. Önceki çalışmalar insanlarda fMRI yöntemini kullanırken, bu çalışma çok daha yüksek hassasiyet elde etmek için tek hücre kayıtlarını kullandı.
10 Mart’ta yayımlanan basın bülteninde, UCL bünyesindeki Sainsbury Wellcome Centre’dan başyazar Dr. Joel Bauer, “Beynin gördüklerimizi nasıl yorumladığını araştırmanın daha iyi bir yolunu bulmak istedik. Belirli nöron gruplarının neyi temsil ettiğini anlamaya yönelik mevcut yöntemler, üzerinde özel olarak test yapılmamış durumlara pek uyarlanamıyor. Bu nedenle, beyinde nelerin temsil edildiğini yakalayabilen ve bunu gerçeklikle karşılaştırabilen bir yöntem geliştirmek istedik.” dedi.
Tek Hücre Kayıtları
Son yıllarda araştırmacılar, denekler görüntü veya film izlerken fMRI cihazlarıyla beyin sinyallerini izleyerek bu sinyalleri dijital piksellere geri dönüştürmeye çalışıyor. Bu küresel çaba, sinir yollarımızın gözden gelen ham verileri nasıl tanınabilir zihinsel temsillere dönüştürdüğünü haritalandırmayı hedefliyor.
Söz konusu yeni yaklaşım, farelere videolar oynatılırken görsel korteksteki tek hücre kayıtlarını kullanmasıyla farklılaşıyor. Süreç, dinamik bir sinirsel kodlama modeline dayanıyor. Her bir nöronun belirli film karelerine verdiği tepkileri haritalandırarak tahminler yürüten sistem, farenin vücut hareketleri ve göz bebeği genişlemesi gibi fiziksel davranışlarını da hesaba katıyor. Böylece hayvanın iç durumunun ve eylemlerinin algısı üzerindeki etkisi, yeniden yapılandırma sürecine dahil ediliyor.
Keskin bir yeniden yapılandırma için ekip, hangi hücrelerin aktif olduğunu görmek amacıyla kalsiyum seviyelerindeki yerel artışları takip etti. Farenin gerçek sinirsel aktivitesi, boş ekrana bakan bir beynin öngörülen aktivitesiyle karşılaştırıldı. Boş bir dijital tuvalle işe başlayan ve sinirsel sapmalara göre pikselleri güncelleyen bir algoritma kullanan ekip, çıktıyı farenin gerçek görsel deneyimiyle örtüşene kadar rafine etti.
Beyni Haritalandırmak
Model eğitildikten sonra, farenin tamamen yeni görüntüler izlediği sırada kaydedilen sinirsel sinyallerle 10 saniyelik videolar üretildi. Dr. Bauer, bu yapılandırmaların kalitesinin veri hacmiyle doğru orantılı olduğunu belirtti.
Ne kadar çok bireysel nöron takip edilirse, nihai video o kadar doğru hale geliyor. Ayrıca, yeniden oluşturulan videonun doğruluğu, orijinal görüntüler ile YZ tarafından üretilen versiyonu kare kare karşılaştıran bir istatistiksel yöntem olan piksel korelasyonu ile doğrulandı.
Belki de en şaşırtıcı keşif videonun netliği değil, içindeki hatalardır. Başyazar, bizim ve farelerin beyinlerinin aslında mükemmel bir kamera gibi çalışmadığını not ediyor.
Dr. Bauer konuyla ilgili, “Kafamızın içinde dünyanın mükemmel bir temsili yok. Görsel işleme hattı, temsilimizi bilgiyi değiştirecek şekilde çarpıtıyor ve bozuyor. Beyindeki gerçeklik ve temsiller arasındaki bu sapma mutlaka bir hata değil, bir özelliktir.” açıklamasını yaptı.
Görünüşe göre beyin dünyayı sadece kaydetmiyor; hayvanın hayatta kalmasına yardımcı olmak için bazı ipuçlarını ön plana çıkarıp diğerlerini görmezden gelerek onu yorumluyor.
Ekip şimdilik çözünürlüğü artırmaya odaklanıyor. Daha geniş bir bakış açısı ve daha net bir görüntü elde etmek istiyorlar. Dünyayı tam olarak zihnin görmeyi amaçladığı şekilde; yani tüm çarpıklıkları ve dalgalanmalarıyla görmek istiyorlar.
Bu teknoloji nihayetinde farklı türlerin dünyayı nasıl benzersiz algıladığını anlamamıza yardımcı olabilir. Ayrıca, beynin düzenleme sürecinin bozulduğu görme bozukluklarına veya nörolojik durumlara ışık tutabilir.
Bulgular eLife dergisinde yayımlandı.
Kaynak: http://interestingengineering.com/science/scientists-reconstruct-videos-mice-watched-brain-activity
