Beynimizin şifresini çözmede umut verici gelişmeler

Erdal Musoğlu
Beynimizin şifresini çözmede umut verici gelişmeler

İnsan beyninin yapısını ve çalışmasını anlamak için günümüzde pek çok araştırma yürütülmektedir. Bunların en başında ABD’nin ‘Brain Initiative’ ve AB’nin ‘Human Brain Project’ projeleri gelmektedir.

Ayrıca ABD Seattle’daki Allen enstitüsü gibi birçok özel kuruluş da aynı konularda yoğun araştırmalar yürütmektedir. Yüzlerce uzman araştırıcı, milyar dolarları bulan kaynakları kullanarak bu dalda çalışmaktadır.

2003 yılında tamamlanan uluslararası İnsan Genomu Projesi’nin (Human Genome Project) sonucu çözümlenen insan DNA’sı, yaşam bilimlerinde büyük bir sıçramaya yol açtı. İnsan vücudunun oluşumu, gelişimi ve hastalıklarının genetik temelleri anlaşılmaya başlandı. Bir çok yeni tedavi ve ilaç geliştirildi. Bireyselleşmiş tıbba (Personalized Medicine) geçiş başladı. İnsan vücudunun yapısı ve çalışmasının anlaşılması konusunda büyük yol katedildi.


Ama bir organımız sırlarını saklamaya devam ediyor: Beynimiz!

Beynimizi haritalamak yani bir anlamda devre şemasını çıkarmak, nöronlar arasında iletilen elektro kimyasal sinyallerin kodlarını çözmek, zekâyı hatta bilinci anlamak sinirbilimin öncelikli hedefleri arasında. Öte yandan, yapay zekâ disiplini de, bildiğimiz tek zekâ türü olan insan zekâsını üreten beynimizin çalışmasını örnek alıyor. Öğrenen bilgisayarların temelini oluşturan nöron ağları ve derin öğrenme sistemleri bunun en iyi örneği. Bu nedenle beynimizin şifrelerinin çözülmesi, çalışmasının anlaşılması, yapay zekanın gelişmesi ve genel amaçlı yapay zekanın oluşturulabilmesinin de ön koşulu.

Müthiş bir etkinlik ve verimlilik

Ortalama ağırlığı 1.4 kg olan beynimiz toplam ağırlığımızın 50’de 1’ini oluşturur ama dinlenirken harcadığımız ortalama 100 watt’lık gücün 5’te 1’ini kullanır, yani 20 watt kadar güç harcar. Günümüzdeki en güçlü süperbilgisayarlar ise neredeyse 20 MW yani beynimizin bir milyon katı güç gerektirmelerine rağmen onun yanına bile varamıyorlar!

Peki beynimiz bu inanılmaz verimlilik ve etkinliği nasıl başarıyor? Beyin hücrelerimizin yani nöronlarımızın, işledikleri sinyalleri aktarma etkinlikleri bilgisayarların hücreleri olan tranzistorlarınkinin sadece onda biri kadar. Hızları da çok daha düşük. O halde beynimizin bilgisayarlarla farkını nöronlarımızın kendilerinde değil, organizasyonları ve etkileşimlerinde aramalıyız. Beynimiz, çok yoğun biçimde paralel işlem yapan (bilgiyi aynı anda işleyen birçok işlemciden oluşan) ağlarla donatılmıştır.

Beynimizin işlemcileri yalnız nöronlar değil

Şimdiye kadar, beyin hücrelerimizin (nöronların) herbirinin, binlerce girdiyi alan, işleyerek değiştiren ve sinaps adı verilen bağlantılar aracılığı ile yine binlerce diğer nörona aktaran birimler olduğu düşünülüyordu. Beynin bilgi işlem gücü nöronlar tarafından sağlanıyordu. Son yıllardaki araştırmalar ise bu düşüncenin çok basitleştirici ya da indirgemeci olduğunu kanıtladı. Elektro-kimyasal bir sistem olan beynimizin her parçası şaşırtıcı güçte bilgi işleme kapasitesine sahipti.

Beynimizdeki 100 milyar nöronun her biri diğer nöronlara ortalama 1000 sinaps ile bağlı. Yani beynimizde 100 trilyon sinaps, yani beyin hücrelerimiz arasında o kadar bağlantı var. Araştırmalar bu sinapsların her birinin yüzlerce değişik tip protein içerdiğini ve bu proteinlerin de kendi aralarında karmaşık bir etkileşim içerisinde olduğunu gösterdi. Yani, her sinaps da bir moleküler bilgisayar!

Beynin bu olağanüstü karmaşık yapısını anlama araştırmalarında daha yolun başında olduğumuzu kabul etmek gerek. Fonksiyonel magnetik resonanslı görüntüleme, ışığa hassaslaştırılmış beyin hücreleri üzerinde yapılan opto dinamik incelemeler, halen geliştirilmekte olan kablosuz bağlantılı nano algılayıcılar ile nöronal ve sinaptik etkinliklerin izlenmesi gibi teknolojiler ve daha birçoğu bize bu yolda yardımcı olmayı sürdürecekler. Ama insan beyninin, hatta fare ya da böcek beyinlerinin tamamının haritalanması (mapping), yani her nöronun diğerleri ile bağlantılarının belirlenmesi çok zor ve çok uzun bir süreç.

Erdal Musoğlu / emusoglu@gmail.com

Bu yazı HBT'nin 70. sayısında yayınlanmıştır.

Erdal Musoğlu