Kıtalar Aşan Beyin Çipi Deneyi Başarıyla Tamamlandı: 10 Bin Kilometreden Uzaktan Kontrol

Bilim insanları, beyin araştırmalarında çığır açabilecek nitelikte bir teknolojiyi başarıyla test etti. Geliştirilen kablosuz beyin çipi, dünyanın bir ucundan diğer ucuna uzanan bir mesafede, internet üzerinden verilen komutlarla saniyenin çok küçük bir diliminde yanıt üretebildi. Bu sonuç, nörobilim dünyasında uzaktan müdahale ve programlanabilir implant kavramlarını bambaşka bir boyuta taşıyor.

10 BİN 596 KİLOMETRE UZAKTAN KONTROL

ABD'nin Chicago kentinden gönderilen dijital komutlar, Güney Kore'nin Daejeon şehrinde bulunan bir laboratuvar bilgisayarına internet üzerinden ulaştı. Buradan kablosuz olarak çipe aktarılan sinyallerin ortalama yanıt süresi yalnızca 109 milisaniye olarak ölçüldü. İki ülke arasında tam 10 bin 596 kilometrelik mesafeye rağmen sağlanan bu düşük gecikme süresi, sistemin mühendislik açısından ne denli hassas çalıştığını gözler önüne serdi.

Söz konusu kıtalararası test, çipin farklı bir ülkeden ve farklı bir kıtadan dahi çalıştırılabileceğini kanıtlayan bir mühendislik deneyi olarak gerçekleştirildi. Bu durum, gelecekte uzaktan nörolojik tedavi veya araştırma senaryolarının teknik olarak mümkün olabileceğine işaret ediyor.

İLAÇ VEREBİLİYOR, IŞIK YAYABİLİYOR

RAPIDO adı verilen sistem, Güney Kore'deki KAIST ve Yonsei Üniversitesi araştırmacılarının ortak çalışmasıyla hayata geçirildi. Serbestçe hareket eden bir farenin taşıyabileceği kadar küçük boyutlardaki implant, beyin dokusunda iki ayrı işlevi yerine getirebiliyor:

• Madde dağıtımı: Cihaz, küçük bir kanal aracılığıyla beynin belirli bir bölgesine istenilen maddeleri kontrollü şekilde verebiliyor.
• Işık yayma: Minyatür bir LED yardımıyla hedeflenen nöron gruplarını uyarabiliyor.

Bu iki işlev birbirinden bağımsız olarak kontrol edilebildiği gibi, önceden belirlenen zamanlamalarla çalışacak biçimde de programlanabiliyor. Ayrıca çipin yeniden doldurulabilir bir hazneye sahip olması, araştırmacıların her seferinde yeni bir ameliyata gerek duymadan uzun süreli deneyler yürütebilmesine olanak tanıyor.

Çalışmanın başındaki KAIST elektrik mühendisi Jae-Woong Jeong, sistem sayesinde hayvanlara tekrar tekrar müdahale edilmeden uzun süreli ilaç ve optik uygulamaların yapılabileceğini ifade etti.

İLK DENEY: KOKAİNLE ÖDÜL MEKANİZMASI TEST EDİLDİ

Araştırmacılar, uzaktan bağlantıyı başarıyla kurduktan sonra çipin iki temel işlevini fareler üzerinde ayrı ayrı sınamak istedi. İlk aşamada cihazın ilaç verme özelliği incelendi. İmplant aracılığıyla farelerin beyninde ödül mekanizmasıyla ilişkili nucleus accumbens bölgesine farklı miktarlarda kokain verildi. Farklı dozların, hayvanların hareketlerinde buna karşılık gelen belirgin değişikliklere yol açtığı gözlemlendi.

Aynı etkiler, çipin yerleştirilmesinden iki, üç ve dört hafta sonra yapılan tekrar deneylerinde de başarıyla elde edildi. Böylece cihazın haftalar boyunca kontrollü ve tekrarlanabilir dozlar verebildiği kanıtlandı. Ancak araştırmacılar, bu deneyin kokain bağımlılığını tedavi etmeyi amaçlamadığının özellikle altını çizdi.

İKİNCİ DENEY: IŞIKLA DAVRANIŞ ÜZERİNDEKİ ETKİ İNCELENDİ

İkinci aşamada ise implanttan yayılan ışığın, farelerin öğrendikleri tercihler üzerinde etkili olup olmadığı araştırıldı. Bu deneyde optogenetik yöntemi kullanıldı; yani belirli hücrelerin veya hücresel süreçlerin ışığa tepki vermesi sağlandı. Kokain bu kez implant üzerinden değil, farelerin karın bölgesine enjekte edildi. Böylece implanttan yayılan ışığın etkisi bağımsız olarak ölçülmek istendi.

Sonuçlar dikkat çekiciydi:

• Kokain verilen ancak ışık uygulanmayan fareler, daha sonra uyuşturucuyla ilişkilendirdikleri bölmeyi tercih etti.
• Başka bir grupta ise implanttan yayılan ışık kullanılarak koşullandırma sırasında RhoA adı verilen sinyal yolu etkinleştirildi. Bu hayvanlarda kokainle ilişkilendirilen bölmeye yönelik aynı tercih gelişmedi.

Araştırmacılar, bu sonuçların belirli sinirsel müdahaleler ile davranış arasındaki neden-sonuç ilişkilerinin incelenmesinde sistemin kullanılabileceğini gösterdiğini belirtti.

BAĞIMLILIĞI TEDAVİ ETTİĞİ YORUMU YAPILAMAZ

Bilim insanları, deney sonuçlarının çipin bağımlılığı tedavi ettiği şeklinde yorumlanmaması gerektiğini güçlü bir şekilde vurguladı. Deneyler yalnızca fareler üzerinde gerçekleştirildi ve belirli bir ortamla uyuşturucu arasında öğrenilmiş ilişkinin azaltılması incelendi. Bunun yerleşmiş bir bağımlılığın tedavi edilmesinden tamamen farklı bir konu olduğu özellikle belirtildi.

Jeong, teknolojinin insanlar üzerinde kullanılabilmesinin önündeki en büyük engelin uzun vadeli güvenlik ve güvenilirlik olduğunu söyledi. İnsanlarda kullanılabilecek bir cihaz için biyolojik uyumluluk, çipin dış kaplaması, ilaç verme sistemi ve olası arızalara karşı güvenlik mekanizmalarının çok daha kapsamlı şekilde test edilmesi gerektiğinin altını çizdi.

ŞİMDİLİK BİR ARAŞTIRMA ARACI

Kablosuz olarak ilaç ve ışık verebilen beyin çipleri daha önce de geliştirilmişti. Jeong'un yer aldığı önceki çalışmalarda, akıllı telefonla kontrol edilebilen ve değiştirilebilir ilaç kartuşlarına sahip çipler fareler üzerinde denenmişti. RAPIDO'nun farkı ise birden fazla özelliği tek bir sistemde birleştirmesi.

Cihazın öne çıkan yetenekleri şöyle sıralanıyor:

1. Tekrarlanabilir şekilde ilaç verebilme
2. Belirli beyin bölgelerini ışıkla uyarabilme
3. Önceden programlanabilme
4. İnternet üzerinden dünyanın başka bir noktasından kontrol edilebilme

Araştırmacılar, teknolojinin şu aşamada insanlarda kullanılabilecek klinik bir beyin implantı olmadığını, ancak gelecekteki tedavi yöntemlerinin geliştirilmesine yardımcı olabilecek güçlü bir araştırma platformu olarak değerlendirilmesi gerektiğini vurguluyor.