Beynin tartışmalı haritası: Çok boyutlu geometrik yapılar

Beynin içini cebirsel topoloji bakışıyla algılamaya çalışan Blue Brain Ekibine göre, beynimiz 11 boyuta kadar çoklu geometrik yapılar oluşturarak dünyayı algılıyor. Avrupalı bilim insanlarından bu gözlemi “konu dışı” ve “önemsiz” bulanlar da mevcut.
nypost.com - Shutterstock
bilimsoL - Eda Çapa
Perşembe, 15 Haziran 2017 12:45

Vücudumuzun en karmaşık organı olan beyin, basit sinirlerin çoklu katıldığı ağ etkileşimleriyle çalışıyor. Algılamaya çalıştığımız 3 boyutlu çevremiz –diğer birleşenlerle (sıcaklık, nem, açı, çıkarsama, karar vs) boyut sayısı artmaktadır – beynimizin ilgili yerlerinde elektriksel olaylara sebebiyet veriyor. Bu elektriksel olayların ve ağ yapısının hangi şartlar için hangi kurallara göre gerçekleştiği ise hala beynin en büyük sırrı.

Matematikçiler ve sinir bilimcilerden oluşan Blue Brain Proje Ekibi – süper bilgisayarlarla insan beynini modellemeyi hedefleyen İsviçre Araştırma İnisiyatifi- bilinen bir matematiksel yaklaşım olan cebirsel topolojiyi beyindeki yapıları incelemek için kullandı. [1] Proje sorumlusu Henry Markram, matematikçi Kathryn Hess ve ekibinin araştırmaya kattığı topolojik uzmanlıkla hiç hayal edemeyecekleri bir dünyanın kapısını açtıklarını belirtiyor. 

Grup matematiksel modellerini oluşturmak ve test etmek için 2015 yılında oluşturdukları [2] detaylı neokorteks modelini kullanmış. Neokorteks adıyla uyumlu olarak beynimizin en son evrimleşen kısmı olarak tahmin ediliyor ve beynin entelektüel işlevlerine – kavrama, algılama vs- dâhil oluyor. Proje ekibi bu simulasyonu sıçan beyninden alınmış -40 milyon bağlanma noktasına sahip 30 bin siniri barındıran- küçük bir parçanın – bir milimetre küpün üçte biri- benzetimi üzerine kurmuş. Benzetim ile sınama sonrası sonuçların sıçan beyninde yapılan gerçek deneylerle de doğrulandığı belirtiliyor.

Yazıda birbirleriyle sıkı sıkıya ilişkili sinir kümesinin (toplam; klik / clique)  aralarında bir boşluk (oyuk /cavity) yaratarak çok boyutlu yapılar oluşturduğundan bahsediliyor. Beyinsel aktivite sırasında çok kısa sürede oluşan bu çok boyutlu yapılar (çok boyutluluk kavramı birbirileriyle bağlantı sayısını belirtiyor), aktivite sonlandığında yine birdenbire çözülüyor. Matematikçi Ran Levi bu süreci kumların arasından çok boyutlu bir kum kalesinin oluşması ve aniden ufalanmasına benzetmiş. Bir uyarana cevap veren beynin sırayla çubuk (1 boyut), düzlem (2 boyut) küp (3 boyut)  ve daha karmaşık -4 boyut, 5 boyut…- boyutsal yapılar oluşturduğunu ve akabinde yok ettiğini aktarıyor. Çalışmada sıklıkla 7 boyutlu birkaç kez de 11 boyutlu yapılarla karşılaşıldığı belirtiliyor.

3 boyutlu görüntüleme teknolojilerinin (ara kesit alan görüntülemeler)  beyinde meydana gelen süreçlere dair kısıtlı çıktıları olması çalışmanın bilim çevrelerinde heyecan yaratmasına yol açtı. Örneğin fonksiyonel MRI beyin aktivitelerini zamanla değişen 3 boyutlu görüntüler ile izlemeye olanak sağlıyor. Oysa bu tarz bir görüntüleme ile çalışmada bahsedilen 7 boyutlu bir beyin etkinliğinin sadece gölgesini fark edebilmemiz olası.

Blue Brain Projesi’ndeki araştırmacılara göre, bulgular çarpıcı olsa da sinir kümelerinin ve boşlukların oluşma nedenleri ve yolları hala net değil.

ÇALIŞMA GEREKSİZ Mİ?

Bunun yanında Avrupalı Araştırmacıların bir kısmı çalışmayı gereksiz bulduğunu belirtiyor. İlk neden olarak çalışmanın ana eksenini oluşturan Neokorteks Benzetim Programının bilimsel olarak şaibeli oluşuna işaret ediliyor. Max Planck Enstitüsü yöneticilerinden Helmstaedter, 2015 yılında yayınlanan benzetimin yüklü bir ödeneğe sahip Blue Brain Projesi için taşıdığı şüpheleri doğrular nitelikte olduğunu belirtmiş ve “Yan yana konulmuş yığınla veri yeni bir bilim yaratamaz” demişti. [3]

Çok boyutluluğu hayal edemeyen beynimiz için çok boyutlu işlevsel yapılar tanımı yapmak kimi araştırmacılar için cebirsel topolojinin yanlış bir seçim olduğunu ispatlar nitelikte. Bir simitle bir kupanın cebirsel topolojiye göre eş olabilmesi (tek boşluğa sahipler) araştırmacılar için yöntemin beyin incelemesinde ne kadar işlevsel olabileceğini şüpheye düşürmüş. Bilgi birikimini teorik mecradan hayata aktarmak isteyen (ve tabii desteklerini arttırmak isteyen) Hess ve ekibinin, Markram ve ekibi tarafından biriktirilmiş veri yığınını kendi alanlarına çektiği, bu nedenle sonuçların yorumlarının bağlantısız olamadığı da iddia ediliyor. [4]

Fakat bu itirazlar içinde belki de en önemlisi, çalışmanın yeni bir şey söylemediğine dair. Uzun süredir sinirlerin bağlantı şekli ile sinyalin nasıl iletildiği arasında ilişki olduğu biliniyordu. Ayrıca bağlantı ve ağ yapısının tek başına yetersiz kalacağı, bağlantıların güçlerinin eşit olmadığı ve sinirler arası bağlantı güçlerinin ağ fonksiyonunu etkileyeceği de daha önceki çalışmalarda belirtilmişti. Blue Brain ekibinin çalışmasında ise bağlantı kuvvetleri gelecek çalışmalarda dahil edilme umuduyla, çalışma dışı bırakılmış.

Sadece ülkemizde değil tüm dünyada bilim çalışmaları çıktılarının parasal değerine ve çalışmaların “bilimsel gösterişine” göre fonlanıyor. Bu da sadece bilimsel kaygılar güdülmeyen ama fonların devamlılığına odaklanan yayınlar ve eleştirilerin önünü açıyor. Bu başlıkta da çalışmanın değerine ve eleştirilerin haklılığına her şeye rağmen kolektif akılla hareket eden bilim tarihi karar verecek.

NOT: Cebirsel topoloji sert biçimlerin (uzay biçimlerin) topolojik yapısını soyut cebir yardımıyla inceleyen matematiğin bir dalıdır. Üzerinde yapı bulunan boyutsal uzayın belli değişmezlere göre incelenmesi ve özelliklerinin ayırt edilmesi esasdır. Burada önemli soru, bir cismin başka bir cisme herhangi bir kesim yapmadan dönüştürülebilir olup olmadığıdır. [Topolojik eş yapısallık].

Kaynaklar: 

[1] http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fncom.2017.00048/full

[2] http://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(15)01191-5

[3] http://www.sciencemag.org/news/2015/10/rat-brain-or-smidgeon-it-modeled-...

[4] https://www.wired.com/story/the-mind-boggling-math-that-maybe-mapped-the...

[5] http://nypost.com/2017/06/13/the-human-brain-sees-the-world-as-an-11-dim...

[6] http://www.newsweek.com/brain-structure-hidden-architecture-multiverse-d...

[7] https://www.sciencealert.com/new-study-discovers-your-brain-actually-wor...