Yapılan son araştırmalar, fareler üzerinde gerçekleştirilen deneylerde, ışık kullanarak beyinle "iletişim" kurabilen yeni bir beyin-makine arayüzünün (BMI) geliştirildiğini ortaya koydu. Bu yenilikçi kablosuz cihaz, saç derisinin altına yerleştirilerek, ışık desenleri formundaki girdileri alıyor ve bu bilgiyi genetik olarak modifiye edilmiş beyin dokusundaki nöronlara iletiyor.
Yeni çalışmada, bu genetik olarak değiştirilmiş nöronların, farelerin gözlerinden gelen duyusal bilgilere yanıt veriyormuş gibi aktif hale geldiği gözlemlendi. Fareler, bu farklı beyin aktivitesi örüntülerini, belirli görevleri yerine getirmek için kullanmayı öğrendi. Görevler arasında, bir dizi laboratuvar deneyinde lezzetli atıştırmalıkların yerini bulmak yer alıyordu.
Bu cihaz, beyin tarafından kullanılan geleneksel duyusal kanallara (gözler gibi) bağlı olmayan, yapay girdileri -bu durumda LED ışığı- alabilen yeni nesil beyin-makine arayüzlerine doğru atılmış önemli bir adım olarak görülüyor. Bu teknoloji, takip eden kablolara veya hantal harici parçalara ihtiyaç duymadan beyinle etkileşim kurabilen cihazlar inşa etme potansiyeli taşıyor.
Bioelektronik alanında çalışan araştırmacılardan biri, bu teknolojinin temel araştırmalar için çok güçlü bir araç olduğunu ve uzun vadede insan sağlığı alanındaki zorlukları ele alabileceğini belirtti. Bu çalışma, bilimsel bir dergide yayınlandı.
Duyusal Sistemin Baypas Edilmesi
İnsan işaret parmağından daha küçük olan bu cihaz, yumuşak ve esnek yapısıyla kafatası eğimine uyum sağlıyor. Cihazda 64 adet minik LED, ışıkları besleyen bir elektronik devre ve bir alıcı anten bulunuyor. Buna ek olarak, harici bir anten, temassız kart ödemelerinde kullanılan kısa menzilli iletişim teknolojisi olan NFC aracılığıyla LED'leri kontrol ediyor.
Kompakt cihaz, doğrudan beyne implant edilmek yerine cilt altına yerleştirilecek şekilde tasarlandı. Araştırmacılar, cihazın doğrudan kafatasından beyne ışık yansıttığını ve beyin dokusundaki nöronların genetik modifikasyon sayesinde bu ışığa yanıt verdiğini ifade etti.
Normalde beyin hücreleri üzerine düşen ışığa tepki vermez, bu nedenle bu tepkinin gerçekleşmesi için gen düzenlemesi gerekiyor. Genetik modifikasyonun, ışığa duyarlı iyon kanalları oluşturduğu açıklandı. Işıkla aktive edildiğinde bu kanallar, yüklü parçacıkların beyin hücrelerine akışını sağlayarak başka hücrelere gönderilen bir sinyali tetikliyor. Bu mekanizma aracılığıyla, doğrudan beyin dokusunun kendisinde ışık hassasiyeti oluşturuluyor. Beyin hücrelerinin genetik modifikasyonu, zararsız hale getirilmiş ve belirli beyin bölgelerindeki hücrelere istenen genetik değişikliği iletmek üzere tasarlanmış bir viral vektör kullanılarak gerçekleştirildi.
Genetiği değiştirilmiş hücrelerin aktivitesini ışıkla kontrol etme yöntemine "optogenetik" adı veriliyor ve bu nispeten yeni bir bilim dalı. Önceki çalışmalarda benzer bir yaklaşım kullanılarak sadece bir grup beyin hücresinin aktif hale getirilmesi sağlanmıştı. Ancak yeni cihaz, beynin tamamındaki birçok nöronun aktivitesini kontrol etme imkanı sunuyor.
Bu genetik modifikasyonun, sadece görsel algıdan sorumlu beyin bölgesini uyarmakla kalmayıp, korteksin tüm yüzeyine yayıldığı belirtildi. Böylece, farklı aydınlatma desenleri göndermek, karşılık gelen bir nöral aktivite dağılımı yaratıyor. Bu durum, kontrol edilen desen dizileri aracılığıyla doğrudan beyne "görüntüler yansıtmak" veya "bir film oynatmak" gibi bir etki yaratıyor.
Araştırmacılar, implantı farelerde, kablosuz olarak çeşitli desenlerde ışık patlamaları üretmesi için talimat vererek test etti. Fareler, her desene belirli bir davranışla yanıt vermeye eğitildi; bu da gönderilen desenleri ayırt edebildiklerini gösteriyor. Her sinyal türüyle, bir duvardaki belirli bir kovuğa gitmeleri gerekiyordu ve doğru seçimi yaptıklarında şekerli su ödülü kazanıyorlardı.
Bu alanda çalışma yapan başka bir araştırmacı, bu yöntemin beyin boyunca devreleri ayarlamak için ışığı kullanmada yenilikçi bir teknik olduğunu belirtti. Araştırmacılar, bu cihazın gelecekteki protezler için potansiyel taşıdığını düşünüyor. Uygulamalar arasında protez uzuvlara dokunma veya basınç gibi duyular eklemek veya görme veya işitme protezlerine görsel veya işitsel sinyaller göndermek yer alabilir.
Optogenetik tekniklerinin insanlarda henüz yeni kullanılmaya başlandığı ve ışık kullanmanın, beyin dokularını rahatsız etme gerekliliği olmadığı için büyük avantajlar sağladığı ifade edildi. Farklı ışık dalga boyları, beynin farklı bölgelerini kontrol etmek için kullanılabilir.
Teknolojik açıdan, bu platformun beynin çok daha geniş alanlarını kapsayacak ve daha fazla mikro-LED içerecek şekilde ölçeklendirilebileceği belirtildi. Ancak daha büyük bir cihazı desteklemek için güç kaynağı gereksinimlerinin yeniden düşünülmesi gerekecek. Teknolojik olarak farelerde olduğu gibi insanlarda da çalışması bekleniyor, ancak insanlarda herhangi bir test denemesi yapılmadan önce daha fazla araştırmaya ihtiyaç duyulacak.
Bu alandaki en büyük engelin, genetik modifikasyon için düzenleyici onayların alınması olduğu vurgulandı.
