İnsan beyin dokusunun tek bir milimetre küpünün içindeki karmaşık dünyayı keşfettiğinizi düşünün. Önemsiz görünebilir, ancak bu küçük alan içinde karmaşık bir evren yatıyor: 57.000 ayrı hücre, 230 milimetre kan damarı ve nöronların iletişim kurduğu bağlantı noktaları olan şaşırtıcı 150 milyon sinaps. Tüm bu bilgiler akıllara durgunluk veren 1.400 terabaytlık bir veri anlamına geliyor. Harvard ve Google’dan araştırmacılar işte bu alanın haritasını oluşturarak çığır açan bir başarıya imza attılar.
Harvard’daki çalışmalara beyin yapısı konusunda tanınmış bir uzman olan Profesör Jeff Lichtman öncülük ediyor. Google AI ile işbirliği yapan Lichtman’ın ekibi, bugüne kadar bir insan beyni parçasının en ayrıntılı 3D rekonstrüksiyonunu birlikte oluşturdu.
Science dergisinde yayınlanan bu karmaşık harita, hafıza ve diğer yüksek işlevlerden sorumlu bölge olan insan temporal korteksinin benzeri görülmemiş bir görünümünü sunuyor. Haritalandırılan alan kabaca bir pirinç tanesinin yarısı büyüklüğünde olsa da, muazzam derecede veri ve bilgi barındırıyor. Bu olağanüstü başarı, Harvard ve Google arasındaki yaklaşık on yıllık işbirliğinin sonucu olarak gerçekleşti. Lichtman’ın elektron mikroskobu görüntüleme alanındaki uzmanlığı Google’ın son teknoloji yapay zekâ algoritmalarıyla birleştirildi.
ABD Ulusal Sağlık Enstitüleri BEYİN Girişimi tarafından desteklenen bu işbirliğinin nihai hedefi daha da iddialı: tüm bir fare beyninin sinir ağının yüksek çözünürlüklü bir haritasını oluşturmak. Bu, mevcut insan korteks parçasından elde edilen verilerin kabaca 1.000 katının işlenmesini gerektirecek.
Profesör Lichtman’ın da belirttiği gibi, böylesine muazzam veri hacimleriyle uğraşırken “parça” terimi biraz ironik hale geliyor. “Bir terabayt çoğu insan için çok büyük bir veri miktarıdır” diyen Lichtman, “ancak insan beyninin bu parçası – minicik, ufacık bir parça – yine de binlerce terabayttır” diyor.
Science dergisinde yeni yayınlanan harita, beyin yapısının daha önce görülmemiş ayrıntılarını ortaya koyuyor. Bu keşiflerden biri, her biri 50’ye kadar sinapsla birbirine bağlanan ve potansiyel olarak önemli sayıda komşu nöronu etkileyen nadir ama güçlü bir akson grubu. Ekip ayrıca, karmaşık kıvrımlar oluşturan az sayıda akson gibi beklenmedik yapılarla da karşılaştı. Örnek epilepsili bir hastadan alındığı için, bu oluşumların duruma özgü mü yoksa sadece nadir görülen olaylar mı olduğu belirsiz.
Beyin fonksiyonları ve hastalıklarına dair yeni bilgiler
Profesör Lichtman’ın çalışma alanı olan connectomics, yani beyindeki nöron bağlantılarının haritalandırılması tıpkı gen haritalandırması çalışmaları olan genomics’e benziyor. Beyin yapısının kapsamlı kataloglarını oluşturmayı, her hücreyi ve sinirsel bağlantılarını detaylandırmayı amaçlıyor. Bu “beyin haritaları”, bilimsel anlayışın sınırlı kaldığı beyin işlevi ve hastalıklarına ilişkin yeni kavrayışların kilidini açmak için muazzam bir potansiyele sahip. Google’ın yapay zekâsı, beyin dokusunun üç boyutlu olarak yeniden yapılandırılmasını ve görselleştirilmesini sağlayarak bu çabada çok önemli bir rol oynuyor.
Ekip bir adım daha ileri giderek, diğer araştırmacıların da bu sürekli gelişen connectomu incelemesine ve katkıda bulunmasına olanak tanıyan halka açık bir araç paketi oluşturdu.
Son dönemde beyin implantı projeleri ve tartışmaları sürerken, beynin kapsamlı ve 3D haritalandırılması ayrı bir önem taşıyor.