Beyin-Bilgisayar Arayüzleri ile Nöronal Hastalık Tedavileri

Beyin-Bilgisayar Arayüzleri ve Nöronal Hastalıklar ile İlişkisi

Uzak olanı dokunmadan kontrol etmeyi hep çekici bulmuştur insanlar. Beyin kontrolleri, hipnoz çalışmaları ve büyüleyici şovlar bir yönüyle hep bu amaca hizmet etmiştir. Bilimsel olarak ise kayıtlarda bu çalışmaları ilk defa 1960’lı yıllarda  maymunlar üzerinde yapılan, nöronal aktiviteyi harici cihazları kontrol etmek için komutlara çeviren çalışmalarda görüyoruz. Tabi bu fikir sadece çekici olduğu için araştırılmıyor. Çoğu araştırma gibi ihtiyaç duyulan bir yanı olduğu ve bu ihtiyaç nöronal hastalıklar gibi ciddi hastalıkları kapsadığı için önemle araştırılıyor. Bu bağlamda beyin-bilgisayar arayüzleri; duyusal ve motor engellerin nörorehabilitasyonu, nöroiletişimi, dış iskeletlerin kontrolü ve bilişsel durumun değerlendirilmesi konuları üzerinde tedaviler üretmek için kullanılıyor. Bu tedavi türleri ile beyin-bilgisayar arayüzlerini kullanarak, hastanın beyninde açığa çıkmayan hastalıkların tespiti için ulaşılmak istenilen bilgileri saptamak ve bazı invazif (saldırgan) çeşitlerin belirlenmesiyle birlikte de aktif koruyucu müdahaleler uygulamak için oldukça umut verici ilerlemeler katedilebilinir.

Bugüne kadar halihazırda kliniklerde kullanılan invazif olmayan elektroensefalografi ve yakın kızıl ötesi spektroskopi kayıtları ile beyin inceleniyor. Tanınabilir az sayıda komutla sınırlı olan bu teknikler ile hastanın psikofizyolojik durumları ve bilişsel yetenekleri incelenir ancak aktif bir kontrol amacı güdülmez. İnvazif olmayan teknikler nörofizyolojik hastalıkların ayırt edici özelliklerini gerçek zamanlı olarak tanıyamaz. Bu nedenle nörofizyolojik nöbetler başlangıçta bize deprem gibi öngörülemez olarak gelebilir. Ancak halihazırda epileptik hastalıkların nöbet tahmini için beyin fokal (sınırları belli alan/bölge) bölgelerine yerleştirilen elektrotlar nöbetleri ciddi oranda engelleyebiliyor. Beynin fokal bölgelerine yerleştirilen elektrotlardan alınan verilerle, nöbet meydana gelmeden 5 saniye öncesine kadar bir odak nöbeti tahmin edilir ve bu sürede bir beyin-bilgisayar arayüzü, yaklaşmakta olan nöbeti bastıran uygun bir sinyal oluşturur. Çok elektrotlu nöroarayüzler, nörodejeneratif hastalıklara sahip insanlar için aktif bir tedavi uygulaması sunmanın yanı sıra bazı nöronal iletişim yollarını kaybetmiş hastalar için de yeni iletişim sistemleri geliştirme ve gelişmiş yardımcı teknolojiler oluşturarak, harici cihazları da kontrol etme imkanı sunabilir. Beyin-bilgisayar arayüzleri hakkında genel bir fikir edindiğimize göre gelin bir de bu kapsamda yapılan projelere biraz daha yakından bakalım.

Beyin-Bilgisayar Arayüzleri Çeşitleri

Cyberonics

1987’de ABD’de kurulan Cyberonics , sol vagusu uyarmak için 30 saniye açık 5 saniye kapalı olacak şekilde tekrarlayan bir döngü içerisinde implante edilebilir bir puls üretici ve bir elektrot içerir. Bu haliyle sistemin, nöbet sayısını %30 ile %40 arasında azaltmaya olanak sağladığı rapor edildi(1).

Medtronic

Medtronic tarafından bir kısım epilepsi hastaları için önerilen talamusun anterior çekirdeğinin stimülatörü ise ilk açık döngülü derin beyin stimülatörlerinden biri olarak kabul edilir. Mikroelektrot kayıt klavuzluğu kullanılarak, ön ve dorsal medial çekirdeklerinden elde edilen nöronal sinyaller tanımlanıp vagus sinir stimülasyonunun önceki klinik denemelerinde de başarıyla kullanılan ve nöral doku için daha güvenli olan aralıklı döngüler seçildi. Eş zamanlı olarak kafa derisi ve talamik EEG’lerin kaydedildiği epilepsi izleme ünitesinde kontrol edilen hastalar 1 dakika açık 5 dakika kapalı döngü parametreleri ile uyarıldılar. Epilepsi hastaları üzerinde yapılan klinik testleri bu yöntemin %50’nin üzerinde bir oranla nöbetleri engelleyebildiğini göstermiştir(2).

Açık döngü sistemleri, epileptik nöbetlerin sayısında önemli bir azalma sağlasa da uzmanlar, epileptik aktivitenin daha verimli bir şekilde kontrol edilmesi için kapalı döngü beyin-makine arayüzleri kullanılarak elde edilebilecek mevcut beyin aktivitesinin sürekli izlenmesi gerektiğini savunuyorlar.

Neuropace

İlk kapalı döngü beyin-bilgisayar arayüzlerinden biri, Neuropace tarafından tasarlanan algoritma tabanlı nörostimülatörlerdir. Bu yöntem algoritma tarafından kullanılan invasif EEG’yi kaydetmek için implante edilmiş genellikle 3 adet elektrot ile nöbetin başladığı anı belirler. Ardından nöbeti durdurmak  için tetiklenen fokal elektriksel uyarı, belirli bir beyin alanına gönderilerek nöbet engellenir(3). Neuropace, mevcut nöbet tahmin algoritmalarını kullandığından yüksek hassasiyetli nöbet tahminleri üretse de bu tahminler kliniklerde kullanılamayacak durumdadır. Bu nedenden dolayı insanlar üzerinde henüz yeterli veri analizi yapamamasına rağmen bu algoritma tabanlı sistem ile deney canlıları üzerinde yapılan araştırmalarda  %90’a varan hassasiyet tespit edilmiştir(4).

Son olarak, sınırlı kanallar ve sınırlı sayıda elektrotlarla gerçekleştirilmeye çalışılan bu tekniklere karşı binlerce kanal ve elektrotla piyasaya giren neuralink, epileptik hastalık tedavisinin yanı sıra beyin-bilgisayar gelişimi ve insan-robot evrimi için çok ciddi bir potansiyel oluşturmuştur.

Neuralink

Elon Musk’ın alanında uzman 8 profesörle geliştirdikleri Neuralink, altın ince bir film izini kapsülleyen uzun süreli kayıtlara izin veren yüksek biyouyumlu poliimid kulanan nöral probları içerir. Her biri 32 elektrot içeren ve toplam 3072 elektrotlu 96 polimer ipliğe sahip Neuralink teknolojisine dayalı doğru nöbet tahmin algoritması, devam eden nöbetlerin önlenmesini sağlar ve hastayı yanlış alarmların neden olduğu gereksiz uyarılara karşı korur(5).

Uzun süreli kayıtlara izin veren neuralink, nöronal hastalıkları tedavide etkin olarak kullanılacağı gibi gelecekte zihin kotrolünü de yapabilecek daha gelişmiş teknolojilerin yolunu da açmış oldu. Uzmanlar bu çalışmaların, gelecekteki iletişim teknolojilerinin beyin sinyallerini okuyacak ve bunları mesajlara çevirip diğer cihazlara gönderecek beyin-bilgisayar arayüzlerine dayanacağını belirtiyorlar. Büyük veri ağlarıyla beslenecek beyin-bilgisayar teknolojilerinin, bizlere gelecekte nöronal hastalıkların söz konusu olmadığı üstün akıllı bireyler mi yoksa çeşitli yeni hastalıklar ve sorunlarla birlikte fikirleri manipüle edilmiş bireyler mi vaat ettiği, birçok bilimsel ve etik kurullar ile tartışıldığı gibi edebiyat ve sanat mecralarında bu konuların işlenmesiyle bütün dünya toplumunun gelecekleri hakkında söz sahibi olmaları amaçlanmaktadır. Sizler de beyin-bilgisayar ve insan-robot evrimi hakkında düşünmeyi ve bunları söz konusu yerlerde ve aşağıda yorumlarda ifade etmeyi unutmayın.

Kaynaklar:

1. https://n.neurology.org/content/49/1/293
2. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1046/j.1528-1157.2002.26001.x
3. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/j.0013-9580.2004.26104.x
4. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0165027010005510?via%3Dihub
5. https://www.biorxiv.org/content/10.1101/703801v4.full.pdf

Görsel Kaynak: https://psy-ru.org/viewtopic.php?f=2&t=6490&start=40

Editör: Züleyha Demirici