Bir konuşmayı veya bir sözü algılamamız kulaktan başlayarak beyindeki işitsel kortekse kadar bir dizi işlem sonucunda gerçekleşir. Bu işlemler, iç kulakta bulunan salyangozun ('cohlea') kulağa ulaşan konuşma ve ses işaretlerini elektriksel işaretlere dönüştürmesi ile başlar. Bu dönüşümde sesin zaman, frekans gibi niteliklerine dair veriler kodlanır ve beyne özel yollarla iletilir. Bu kodlanmış veriler de beynin çeşitli işlevlerde (konuşmanın işlenmesi, sesin renginin ve yönün belirlenmesi) uzmanlaşmış özel alanları tarafından işlenir. Bu merkezlerden gelen verilerin bütünleşmesi ile işitme algımız oluşur.
Geçtiğimiz hafta hakemli açık bilim dergisi Plos Biology'de işittiğimiz konuşmaların beynimizce nasıl işlendiğine ışık tutacak nitelikte bir çalışma yayınlandı. ABD'de çeşitli üniversitelerden sinirbilimcilerden oluşan bir ekip insan beyninden alınan işaretlerle duyulan kelimeleri yeniden oluşturmayı, “seslendirme”yi başardı. Böylelikle işitsel uyaranın işitsel kortekste bulunan nöronlar tarafından hangi özelliklerine göre kodlandığı da tanımlanabildi.
Çalışmaya beyin ameliyatı olmak üzere klinikte bulunan 15 epilepsi hastası gönüllü katıldı. Çalışmada epilepsi hastalarının işitsel kortekste sözcük ve cümlelerin algılanmasından sorumlu olduğu düşünülen posterior süperior temporal girus adı verilen alanına yerleştirilen 256 kadar elektrottan ölçülen sinir hücresel yanıtlar kullanıldı.
Deney esnasında katılımcılara anlamlı veya anlamsız kelimeler ve cümleler dinletildi. Bu uyaranlar esnasında kaydedilen beyin işaretleri iki farklı hesapsal model kullanarak yeniden üretildi ve duyulan sesle modelden elde edilen ses karşılaştırıldı. Kullanılan modelleme yöntemleri, yeni sesleri yüksek doğruluk payıyla tahmin edebildi.
Çalışmanın yürütücülerinden Robert Knight “Bu çalışma insan beyninde sesin hangi özelliklerinin kodlandığını anlama yönünde çok büyük bir adım. Katılımcının duyduğu sesi yeniden üretmeyi başardık, mükemmel seviyede olmasa bile dinletilen kelimenin ne olduğunu anlayabiliyoruz” diye konuştu.
Aslında bu çalışma, dış dünyanın beynimizdeki kayıtlarının “çalınmasına” dönük ilk girişim değil. İnsan beyninin durağan ve hareketli görüntüleri nasıl kodladığını araştıran yakın zamanlı çalışmalarda da benzer başarılar elde edildi. Söz konusu bilimsel çalışmalarda deney katılımcılarına izletilen görüntüler, beyin kan akışındaki değişiklikleri ölçen işlevsel manyetik rezonans (fMRI) tekniği kullanılarak görsel korteksten alınan kayıtlarla yeniden oluşturulmuştu.
Temel bilim alanında önemli bir katkı sunan bu çalışmaların günlük yaşantımız için de anlamı var. İlerleyen yıllarda bu yöntemlerin ilerletilmesi sayesinde, inme veya çeşitli hastalıklar nedeniyle konuşma güçlüğü olan insanların iletişim kurabilmesine izin veren nöroprotezler geliştirilebilir.
Nitekim “zihin okuma” her ne kadar olumsuz çağrışımlar yapsa da, yalnız dış-seslerle değil, iç-konuşmalarla da etkinleşen bu beyin bölgelerinden alınacak işaretlerin sese dönüştürülmesi ileride konuşamayan kişilerin düşüncelerinin seslendirilmesinde kullanılabilir.
Şekil 1:
Şekil 2:
Ses dosyası 1: Yeniden üretilmiş ses. Her kelime katılımcı tarafından duyulan ses, doğrusal ve doğrusal olmayan modelle yeniden üretilmiş ses olarak sunuluyor. (Dinletilen kelimeler 'waldo, structure, down, doubt, property, pencil')
Kaynak: Pasley BN, David SV, Mesgarani N, Flinker A, Shamma SA et al. 2012 Reconstructing Speech from Human Auditory Cortex. PLoS Biol 10(1):e1001251.doi:10.1371/journal.pbio.1001251
(soL - Bilim)