70'li yılların başından beri bilim insanları beyin-makine arayüzleri geliştiriyorlar; bu çalışmaların ana amacı ise felçli ya da ampute hastalar için nöral protezler geliştirebilmek. Kişinin beyin aktivitesi tarafından kontrol edilen bir protez, kaybedilmiş motor fonksiyonları kısmen de olsa yerine koyabiliyor. Bunu sağlamak için elektrodlarla kaydedilen nöronal aktivite çözümlenip robotik hareketlere dönüştürülüyor. Ancak şimdiye kadar bu tip sistemlerde yapay uzuvdan bir geri besleme alınamadığı için limitli hassasiyet elde edilmekteydi.

İsviçre Cenevre Universitesi'den nörologlar, kortekste nöronal aktiviteyi uyararak bu eksik duyuyu beyne geri beslemenin yollarını araştırıyorlar; ve şimdi nöro-protez hareketlerin yapay bir duyu oluşturmasının mümkün olduğunu, ve bu geri besleme yapılırken altta yatan öğrenme sürecinin çok hızlı olduğunu keşfettiler. Neuron Dergisi'nde yayınlanan bulguları modern görüntüleme ve optik simulasyon cihazları ile desteklenirken, klasik elektrod yaklaşımınına yenilikçi bir alternatif sunuyor.

Motor fonksiyonlar davranış biçimlerimizi tanımlarken dış dünya ile iletişimimizi sağlıyorlar. Bu yüzden kaybolan bir uzuv yerine robotik bir protez takmak şimdiye kadar çok başarılı sonuçlar vermemekteydi, çünkü beyin-makine arayüzleri daha çok görsel olarak (bakarak) kontrol ediliyordu ve beyin ile makine arasındaki bilgi akışı tek yönlü idi. Oysaki hareket algısı sadece görsel değil, uzvun uzaydaki yerleşimi ve dolayısı ile hareketi ile de ilgili, bu yüzden beyin-makine arasında çift yönlü bilgi akışı gerektiriyor. Ancak bu şekilde okunan nöronal aktivite protezin harekine dönüştürebiliyor ve eş zamanlı olarak sensörlerden alınan hareketin geri beslemesi beyne geri aktarılabiliyor.

Araştırmacı ekip, elektrodların invasiv olarak yerleştirilmesi yaklaşımı yerine, beyin aktivitesini stimule etmek için görüntüleme ve optik teknikleri kullanıyor. 2-Foton Mikroskobi denen yöntem ile yüzlerce nöronu tek hücreye kadar ayrıştırarak ölçümlüyorlar. Duyusal korteksteki nöronların yapay duyu geri beslemesinde ışığa duyarlı olduğu tespit ediliyor, ve farelerle yapılan deneylerde aktivasyonu sağladıkça ödüllendirilen fare doğru nöron aktivitesini daha sık üretemeye başlıyor. Bu gösteriyor ki, yapay duyu algısı yaratılmakla kalmayıp geri besleme olarak entegre edilebiliyor. Araştırmacılara göre yapay algının bu kadar kolay entegre olabilmesinin sebebi en temel beyin fonksiyonlarına hitap etmesi; uzuvlarımızın yerini hissetmek bizler için fazla düşünme gerektirmeden otomatik olan bir şey, ve muhtemelen temel nöron devre mekanizmalarını yansıtıyor. 

Araştırmacılar şimdi daha efektif ve hassas duyu geri beslemeleri üzerine çalışıyorlar; iki yönlü arayüz gelecekte daha hassas hareket edebilen robot kollar yapılmasını ve dokunulan ya da tutulan objelerin hissedilmesini sağlayabilir. Örneğin, milyonlarca nöron bağlantısı olduğu halde farelerin protez hareketlerini algılamak için sadece bir nöronu aktive ettikleri modern görüntüleme yöntemleri ile tespit edilmiş durumda. Bu beyin aktivitelerinin kontrolü çalışmaları için önemli ve araştırma potensiyeli olan bir bulgu olarak görülüyor.

Araştırma materyalleri için : http://www.unige.ch/medecine/neuf/en/research/daniel-huber/research/

Kaynak : University of Geneva