“Beyin-BigisayarArayüzüAraştırmaları”na İlişkin Bir Değerlendirme
Beyin-Bilgisayar Arayüzü
Nesiller boyunca mühendislerin, bilim adamlarının ve bilim-kurgu yazarlarının hayalleri olan zihin gücüyle kontrol edilebilen sistemler, artık gerçekleşme yolunda ilerlemektedir.
Beyin Bilgisayar Arayüzü (BBA) adlı, sinirbilim, robotik, yapay zeka gibi birçok alanı içine alan çok disiplinli saha,şimdilik ilk aşamalarını yaşıyor olsa da, hedeflerine emin adımlarla yaklaşmakta. Bu sistemler henüz geliş(tiril)me aşamasındaki sistemler olup, ülkemiz üniversiteleri de dahil olmak üzere dünyada yüzlerce okul veya araştırma kurumu tarafından çeşitli düzeylerde incelenen oldukça popüler bir araştırma sahasıdır.
Sinir sistemi hücreleri olan nöronlar, dendrit adlı uzantıları vasıtasıyla diğer nöronlardan sinyal kabul eder ve nöron bu sinyal bilgisini işleme alır. Çeşitli kaynaklardan gelen ve zıt özellikte olabilen sinyallerin nöron hücresinde gördükleri işlemlerin sonucuna göre, nöron uyarılabilir veya sükunet haline geçebilir. Nöronun aksonu vasıtasıyla bu reaksiyon, birbirine bağlı nöronlara veya hedef organa (kas, salgı bezi vb) iletilir. Nöronlar, akson ve dendritler aracılığıyla karmaşık oluşumlar ve bunlardan oluşan birimler oluştururlar. Sinir sistemi, omurilikten beyin zarına kadar uzanan, birbirine bağlı ve hiyerarşik olarak sıralanan birimlerden oluşur.
Bir beyin-bilgisayar arayüzü (BBA), kimi zaman nöral-kontrol arayüzü (NKA), kimi zaman akıl-makine arayüzü (AMA), bazen de doğrudan nöralarayüz (DNA) olarak, beyin ile bir harici cihazın kablolu bağlantıyla ilişkide olduğu bir cihaz olarak adlandırılır. BBA, iki yönlü bilgi akışına izin verdiği için nöromodülasyondan farklıdır. BBA aygıtları çoğunlukla, insanın bilişsel veya motor/duyusal işlevlerini düzeltmeye, haritalama veya araştırılmasına, kuvvetlendirmeye yahut onarılmasına yönelik işlevler gerçekleştirir. Bu konuya olan ilginin ilk örneği, 1960lı yıllarda, işitme kaybı olan hastalarda işitme sinirini uyarmayı amaçlayan kohleaimplantıdır. “Kohlea elektrot implantı” aracılığıyla iç kulak sinirini uyarmak suretiyle, işitme kaybı bulunan hastaların işitmelerini sağlamak mümkün olunca, kas felçleri ve periferik sinir felçlerinde de tedavi yolu açılmış oldu.
Beyin-Makina Arayüzü (BMA) alanındaki çalışmalar, maymunlar üzerinde yaptığı deneylerle Prof. Fetz tarafından, 1969 yılında başlatıldı. Prof. Fetz, maymunların beynindeki motor korteks alanına elektrot yerleştirerek maymunların beynindeki aktiviteleri inceledi. BMA, beyin ile bir makina arasında doğrudan bir iletişim sağlıyordu. Deneyin prensibi, maymunlara bu sinyalleri gördükleri ve duydukları zaman tepki göstermelerini öğretmekti. Bunun için kendi zihinsel aktivitelerinin bir nevi geri beslemesi anlamına gelen, bu sinyalleri algılayan maymuna bir ödül veriliyordu. Çok kısa bir sürede maymunlar kasten belli nöronlarını aktive etmeyi ve bu sayede olabildiğince çok ödül kazanmayı öğrenmişlerdi. Fetz’in deneyi, beynimize, vücudumuz dışındaki bir harici cihazı kontrol etmeyi öğretebileceğimizi gösteriyordu. Böylece duyma, görme ve hareket gibi duyuları onarmak üzere nöroprotez uygulamaları geliştirebileceğimiz anlaşıldı.
Derin Beyin Stimülasyonu
BBA araştırma ve geliştirme alanı, öncelikle hasar görmüş işitme, görme ve hareket düzeltme amacıyla nöroprotez uygulamalarına odaklandı. 1990larda kafatasına uygulanan implantlar aracılığıyla nöronlara elektrik uyarımlar sağlayan “kranyalpeysmeykır” (cranialpacemaker – beyin pili, irkilteç) ile Derin Beyin Stimülasyonu (DBS) (uyarımı) gerçekleşti. Sonraki araştırmalarla protezin beyne de implante edilebileceği bildirildi. Yıllar süren hayvan deneylerinden sonra, insanlarda implante edilen ilk nöroprotez aygıtlar, 1990’ların ikinci yarısında ortaya çıktı. Epilepsi ve epilepsi benzeri beyin elektriksel aktivitesinin bozulması nedeniyle oluşan hastalıkların tedavisi için umut ışığı belirdi. Tedavisi imkansız olan bu hastalıklar, bir organ veya beyine implante edilen elektrot uçlarına, uygun yer(ler)e yerleştirilmiş mini pillerden mini kablolarla elektrik akımı verilmesiyle tedavisi mümkün hale geldi.
NeuralDust (Sinirsel Toz)
Mühendislik alanındaki gelişmeler, kullanılan mini elektrotların gittikçe daha küçülmüş biçimlerde üretimini sağladı ve “zerre (mote)” adı verilen mini parçacıklara dönüştü. Kablolarla sağlanan elektrik, “toz” büyüklüğünde, piezoelektrik kristal ile kombine edilen elektronik parçacıkların kendilerinden sağlanır oldu. Şimdi, bilim insanları, bu mini parçacık aygıtları uzaktan kumanda ile yönetme aşamasına geldi.
Bir pirinç tanesinden daha küçük boyutlarda olan kablosuz, kendinden enerjili implantlar beyin hücrelerini tarayıp uyarabilme potansiyeline sahipler. Bundan sonraki kuşak Beyin-Bilgisayar/Makine Arayüzü aygıtları olacak protez, dış iskelet (exoskeleton – böceğin sert dış kabuğu) ve robotlar, diğer adlarıyla “elektrosötik”ler (farmasötik kelimesinden mülhem) beyin ve vücut hastalıklarının tedavisinde kullanılacaktır. Özellikle beyin uyarımıyla hafifletilebilen rahatsızlıklarda bu mini aygıtların kullanımı önemli açılımlara vesile olacaktır.
Nitekim, Hollanda, Utrecht Üniversitesi Tıp Merkezinde, AmiyotrofikLateral Skleroz (ALS) (Ünlü Fizikçi bilgin Stephen Hawking’in de maruz kaldığı hastalık) hastalığı bulunan bir hastanın, sadece düşünce yoluyla iletişim kurabilmesi sağlandı. Hastaya kafatasında açılan küçük deliklerden girilerek beyin elektrotları yerleştirildi. Köprücük kemiği altına yerleştirilen küçük bir ileticiden elektrotlara, cilt altından geçirilerek bağlanan ince kablolarla uyarılar beyne yollandı. Beyinden alınan sinyaller kablolarla ileticiye geldi, sinyaller amplifiye edildi ve bilgisayara kablosuz yoldan ulaştırıldı. Hasta, sesiyle kontrol ederek zihninde parmağını oynattı. Bu beyin aktivitesi elektrotlar tarafından algılandı, hareket bilgisayar faresinde “seçim”e dönüştürüldü. Bu sistemler, motor fonksiyonlarını yerine getiremeyen ALS veya Tetrapleji (her iki kol ve her iki bacağı felçli hasta) hastaları gibi kişilerde rehabilitasyon amaçlı kullanılırken, diğer insanlar için bilgisayarlarını ya da herhangi bir elektronik kontrol sistemini kullanmalarını sağlayabilir.
Bu, olabilecek en minik boyuttaki “neuraldust (sinirsel toz)”, sadece sinirsel aktiviteyi kaydetmekle kalmıyor; ayrıca, sıçan gibi hayvan modellerine implante edildiğinde kablosuz olarak veri aktarımı da yapabiliyor. Bir grup araştırmacı, sıçan nöronlarından veri toplama ve bu veriyi beyinsel toz kullanarak aktarma üzerinde yoğunlaştılar. Sıçanın siyatik siniri üzerine bu teknolojiyi kullanıp, ultrasonik sinyaller göndererek, elektronörografik ve elektromiyografik kayıtlar almayı başardılar.
Optogenetik, Müdahaleler ve Nöroprotezler
İnsan ve diğer memelilerde beyin, farklı özelliklere sahip milyarlarca nöronun birbirine dolaşık biçimde bulunduğu karmaşık bir sistemdir. Bu komplike düzen nedeniyle, sinirbilimle ilgilenenler beynin işlevlerini, beyinde mevcut özel hücre kümelerinin fikir, duygu ve hatıralarla nasıl bir iletişim içinde olduğunu tam olarak kavrayamadılar. Beynin fiziksel hasarlarının, şizofreni, depresyon vb ruhsal bozukluklara ne şekilde sebep olduğu da bilinmemekteydi. Psikiyatrik tedaviler, tarihin seyrinde tesadüfen bulunmuş, fakat hastalıkların mekanizmaları henüz tam olarak aydınlatılamamıştır.
Farmakolojik ve genetik manipülasyonlar hücreye özgü olabilse de, nöronlar arası uyarı alışverişi esnasında duyarlılık oluşmamaktadır. Sinirsel dokularda hem bölgesel hem hücresel hassasiyeti sağlayan bir teknik yoktu. Bu nedenle, yeni bir tür teknolojinin geliştirilmesi gerekiyordu. Nöronları daha hızlı bir şekilde kontrol edebilmek için optogenetik geliştirildi.Optogenetik, belirli biyolojik süreçleri yönlendirmek ve izlemek için genetik ve optik teknolojileri bir araya getiren disiplinlerarası bir araştırma alanı olarak ışık ve genetik yöntemlerle, beyin hücrelerini araştıran yeni bilim dallarından biridir. Nobel ödüllü Francis Crick, sinirbilimdeki en önemli zorluğun, beyindeki bir tür hücreyi kontrol etmenin, diğerlerini değiştirilmeden değiştirmenin gereği olduğunu ileri sürmüştür. Crick’in ortaya attığı bu sorunu çözebilmek için, mikrobiyalopsin genlerine dayalı olarak optogenetik yöntemler geliştirilmiştir. Optogenetik sayesinde, hücreye gen aktarılıp, ışığa duyarlı hale getirilmiş hücreler, ışık ile kontrol edilebilir hale getirilmesi amaçlanmıştır. Opsin genlerinden üretilen ışığa duyarlı proteinlerin (bacteriorhodopsin,halorhodopsins, channelrhodopsin) kullanılmasıyla hedeflenen canlı hücrelerin davranışları ışık kullanılarak kontrol edilir.
Farenin amigdala merkezinin optogenetik (ışık ve genetik) ve kemogenetik (ilaç ve genetik) yöntemlerle uyarımı, haşerelere ve yapay avlara karşı saldırgan ataklar yapmasıyla sonuçlandı. Farelerin avlarına gereği gibi öldürücü ısırıklar pozisyonuna girmeleri için boyun ve çene kasları üzerinde planlı bir kontrol gerçekleştirmeleri gerekir. Bu da farenin amigdala merkezinden beyin sapındaki retiküler formasyon bölgesine yapılan projeksiyonla gerçekleştirildi.
Genetik mühendislik ve doku mühendisliği alanındaki gelişmeler de bilişsel bozuklukların düzeltilmesinde oldukça ümit vericidir. Nano-nöronal beyin arayüzü aygıtları, nanoteknolojik ve nanomateryal tekniklerle bir arada, gittikçe küçülen aygıtların üretimini müjdeliyor.
ETİK KAYGILAR NELER OLABİLİR
Bir grup bilim adamı, farenin hipokampus bölgesinde dentatgirus içindeki bir grup hücrenin özel bir fonksiyonu kodladığını keşfetti, bunu da bir adım öteye taşıyıp farede hafıza yanlışları oluşturabilmeyi başardılar. Çalışmalarını genişletip, hafızada sinirsel ve davranışsal etkileşimler üzerine çalıştılar. Bellek izlenimleri taşıyan hücrelerin optogenetik yöntemle reaktivasyonu, hem davranışsal hafızayı geri getirdi hem de çağrışımsal bellek oluşturmak için şartlı uyarıcı katkısı yaptı.
Bu tür müdahalelerin bilişsel işlevlerde birtakım avantajlar sağlayabileceği öngörülüyor; örneğin, daha iyi sürücülük yapabilme, bir cerrahın hüner kapasitesini arttırma gibi. Bu tür güçlendirici müdahalelerin hepsinin kabul edilebilir olduğunu söylemek mümkün değildir. Hastalık ile normal arasındaki farklılık üzerine dayanan bu güçlendirme girişimlerini reddetmek için, en başta ciddi yan etkiler olmak üzere çeşitli sebeplerimiz var. Hafıza güçlendirici yöntemler, daha iyi hatırlamak yerine, kişilerin unutmalarına neden olabilecektir.
Bir transplantın normal fonksiyona geri döndürmesi beklenirken, teknolojik aygıtlar üzerine kurulu bir implant normal düzeylerin üzerinde daha güçlü işlevler gerçekleştirmek üzere düzenlenebilir. “İmplant Etiği” normal, hastalıklı durumlar ve kabul edilebilir güçlendirmeler üzerine odaklanmalıdır. Sinirbilimde beyin implantları gibi ileri yeniliklerin, çare üretebileceği gibi toplumsal eşitsizlikler yaratabileceği de böylece anlaşıldı. Bir taraftan tedavi edici katkılarıyla toplumsal eşitsizliği azaltırken (adalet ilkesini destekleme), diğer taraftan bu çok pahalı aygıtları ödeyebilenlere güçlendirici implantlar uygulanması yolunu açarak eşitsizlik yaratabilir (adalet ilkesini ihlal). Böyle olgularda, örneğin, hafıza güçlendirici implantların bir takım psikolojik yan etkilere yol açabilmesi de olasılık içindedir. Kişiyi normalin üzerine çıkarma çabaları, kişinin hesapta olmayan hastalıklara maruz kalmasıyla da sonuçlanabilir (zarar vermeme ilkesinin ihlali).
Bütün beyin implantları, beyni uyararak işlem yapmazlar. Bazıları beyin sinyallerini alarak berraklaştırır; örneğin, felçli bir kimsenin hareket isteğini gerçekleştirmek gibi. Eninde sonunda nöroprotezsistemi, hem kullanıcının arzularını okuyarak hem de web tarayıcı gibi hareket ederek elde edilen sonuçları beyne doğrudan iletecek. Bir varsayıma göre, beyin-bilgisayar bağlantısı kullanan bir şahıs, benzer bağlantıları bulunan diğer insanlarla bağlantı kurabilecek. Böyle bir durumda, olgunun diğer insanlar ve toplumla ilişkisinin ayrıntılı olarak belirlenmesi gerekir. Böyle bir olayda, toplumun da büyük sonuçlara maruz kalması söz konusu olur. Şu anda, böyle bir durumun ne ölçüde gerçekleşebileceğine veya söz konusu olmayacağına dair hiçbir fikrimiz yok.
Özerklik, temel insan hakları içinde olup, temel insanlık niteliğidir. Tıp Etiğinde “Özerkliğe Saygı İlkesi”, bir kişinin kendi geleceğini belirleme hakkına saygı ve hastaya diğer seçenekler arasında özerk seçim yapabilmesi için koşulları sağlama zorunluğu içerir.
Beyin implantları ile, diğer insanları kontrol etmek amacıyla onay alınmadan girişimler yapılmış ve/veya yapılacak olabilir. Sinirbilim etikçileri tarafından bununla ilgili kaygılar beyan edilmiştir: “Bu tehlike çanı: Zihni kontrol etmek için beyinde manevra yapabilirsin düşüncesi”. Bu çalışmalar, çok tutkulu ve yıllarca sürecek insan beynini çözümleme araştırmalarına yelken açacak; fakat, çok sayıda etik kaygıya da neden olacaktır. İnsanlar, mutluluk merkezinin elektrikle uyarılması işleminin bağımlısı olabilir; başka türlü uyarımlar, olayların kavranma biçimini değiştirebilecek, belki de kontrolünü kolaylaştırabilecek. Beyin uyarımıyla bazı durumları hafifletilebilecek bu mini aygıtlar farklı işler için de kullanılabilir; örneğin, polis sorgusunda, manipulatif amaçlar için.
Ahlak felsefesi, hem insan kimliğinin niteliklerini hem de ahlaki tartışmalardaki rolünü tartışır. Faydacılık (utilitaryanist) açısından bir insanın kıymeti olmayabilir fakat zihnen kıymetlidir, o zaman kişisel kimlik değersizdir. Etik üzerine kurulu deontolojik görevler ve haklar, etik ilişkilendirmeyle, bireylere, “haklara saygı”dan oluşan görevler yükler. Bu nedenle, ahlaki talepleri karşılamak için kişisel kimliğin devamlılığı gereklidir. Bu biyoetik konuyla, ahlak teorileri arasında seçim yapmak için, etik değerlendirmelerin sonuçlarına ihtiyaç vardır. Tıbbi teknolojide yeni gelişmeler ve görüşler nedeniyle felsefeciler, önceleri, kişisel kimliği düşünce deneyi açısından tartıştılar; şimdi bu konular gerçeğe uygun durumlar için tartışılabilir. Bir hastanın ailesi ve arkadaşları “o artık aynı kişi değil” diye iddia ettiğinde, tedavi etik dışı bir tedavi olarak mı değerlendirilecek?
Sağlık hizmetleri alanında çalışan profesyonellerin, bakım ve tedavilerini yaptıkları hastalara karşı yasal ve etik sorumlulukları vardır. İnsan araştırmaları yürüten bilim insanlarının ve takım arkadaşlarının da klinik çalışmalar ve diğer araştırmalarda kişilerin mahremiyetini korumak vb diğer konularda etik ve yasal mecburiyetleri vardır.
“Neuraldust” adıyla anılan bu aygıtların kullanımıyla ilgili en önemli kaygı, bu aygıtların daha da geliştirilmiş olanlarının beyine ulaşan dalgalar aracılığıyla, duygusal etkilenme ve diğer beyin fonksiyonlarını değiştirebiliyor olmasıdır. Bu, yalnızca etiğin özerkliğe saygı prensibini değil, aynı zamanda tıp etiğini de ihlal eder.
Şiddeti değişen derecede bazı olgularda yasa dışı olarak değerlendirilecek sonuçlara sürüklenme potansiyeline sahiptir. Dahası, bu ilerlemeleri izleyen durumlardan biri zihin kontrolü olabilir.
Bilgisayar eksperlerinin gelecek için rüyası, herkesin implante edilebilir bilgisayar çipleriyle donatılmış olmalarıdır. Bu çipler sensörlere bağlanıp hafızaya yardımcı olacak, yetenekler silsilesi sunacak. Gelecekte, bu mekanizmaların kullanılmasıyla zihin içeriği taranabilecek, yüklenebilecek ve transfer edilebilecek.
Teknolojinin askeri ve sivil amaçlarla kullanımı oldukça farklıdır. Nadiren oluşan kazalar ve birkaç kriminal kötü kullanım teknolojisi hariç tutulursa, siviller normal olarak, hasar ve yıkımı önlemek amacıyla çaba harcarlar. Askeri teknolojinin amacı ise, bunun tam tersine, organize yıkım ve rakibi vurmak üzere zor kullanmaktır. Bu nedenle, robot bilimcileri ve yapay zeka araştırmacıları, askeri gelişmeler ve tehlikeler konusunda geniş bilgi almalıdırlar. Ayrıca bu bilimciler, düşmanca bir amaçla kullanılacak olan çalışmalarının sonuçlarını, yüksek sesle konuşmalı ve bunların uluslararası düzeyde sınırlandırılmalarını desteklemelidirler.
Araştırmacılar ve araştırma enstitüleri yıkıcı hastalıkların tedavileri gibi topluma yararlı araştırmaları programlarında öncelemelidirler. İster hasta ister gönüllü olsun, her bir kişinin özerkliğini, kendi geleceğini belirleme hakkını, insan onurunu ve anayasal haklarını gözetmek suretiyle hem bilimsel hem de sosyal yararlılık gerçekleştirilmiş olur.
Prof. Dr. KADİRCAN KESKİNBORA
Bahçeşehir Üniversitesi Tıp Fakültesi
KAYNAKLAR
1. Keskinbora KH, Keskinbora K (2018) Ethicalconsiderations on novelneuronalinterfaces. NeurologicalSciences 39:607–613.
2. Seo D, Carmena JM, Rabaey JM, Alon E, Maharbiz MM (2013) Neuraldust: an ultrasonic, lowpowersolutionforchronicbrain-machineinterfaces. http://arxiv.org/pdf/1307.2196v1.pdf.
3. Han W, Tellez LA, Rangel MJ Jr, Motta SC, Zhang X, Perez IO, et.al. (2017) Integratedcontrol of predatoryhuntingbythecentralnucleus of theamygdala. Cell 168(1–2):311–324.
4. The Boston RetinalImplant Project (BRIP). http://www.bostonretinalimplant.org/
5. Gerlai R (2003) Memory enhancement: theprogressandourfears. Genes Brain Behav 2(2):187–190.
6. Keskinbora KH.Optogenetik: Yeni bir Bilim Dalı. HBT Dergi 185. Sayı – 11 Ekim 2019.