İnanılmaz derecede ayrıntılı beyin haritası, dil kodlayan nöronların aktivitesini gösteriyor

Bilim insanları, beyin aktivitesini "dinleyerek", farklı kelimelerin anlamlarını kodlayan nöronların şimdiye kadarki en yüksek çözünürlüklü haritasını oluşturdular. Sonuçlar, bireyler arasında beynin kelimeleri kategorize etmek için aynı standart kategorileri kullandığını ve bu sayede sesleri anlama dönüştürmemize yardımcı olduğunu gösteriyor.

Cambridge'deki Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden beyin cerrahı Ziv Williams, "Bu çalışma yalnızca İngilizce kelimelere dayanıyor. Ancak beynin kelimeleri dil kütüphanesinde nasıl depoladığını anlamada büyük bir adım" dedi. "Farklı kelimelere tepki veren beyin hücrelerinin örtüşen kümelerini haritalayarak, kelimelerin beyin için ne anlama geldiğine dair bir sözlük oluşturmaya çalışabiliriz."

Anlamsal harita

İnsan kulağına gelen bir kelimenin sesini işleyen beyinde işitsel korteks adı verilen bir bölge vardır. Ancak bir kelimenin 'anlamsal anlamını', yani kelimenin özünü veya ana fikrini işleyen yer, üst düzey beyin aktivitesinin gerçekleştiği bölge olan prefrontal kortekstir.

Daha önce yapılan bazı deneylerde, beyin aktivitesinin bir ölçüsü olan beyindeki kan akışının görüntüleri analiz edilerek bu süreç incelenmişti. Bu tür yöntemler araştırmacıların kelime anlamlarını beynin küçük bölgelerine haritalamasına olanak sağlıyor.

Ancak Williams ve meslektaşları, bireysel nöronların dili gerçek zamanlı olarak nasıl kodladığını incelemek için eşsiz bir fırsat buldular. Ekibi, epilepsi ameliyatı geçirecek on gönüllüyü işe aldı ve her birinin beynine nöbetlerinin kaynağını tespit etmek için elektrotlar yerleştirildi. Elektrotlar, ekibin her gönüllünün prefrontal korteksindeki yaklaşık 300 nöronun aktivitesini kaydetmesini sağladı.

Gönüllüler toplamda yaklaşık 450 kelimeden oluşan kısa cümleleri dinlerken, bilim insanları hangi nöronların ne zaman aktif olduğuna dair detaylı bilgi kaydetti. Williams, ekibin prefrontal korteksteki milyarlarca nöronun yalnızca çok küçük bir kısmındaki aktiviteyi kaydetmesine rağmen, her kelime için yaklaşık iki veya üç ayrı nöronun aktive olduğunu buldu. Araştırmacılar daha sonra aynı sinirsel aktiviteyi tetikleyen kelimeler arasındaki benzerliklere baktılar.

Çok yönlü bir nöron

Eylem veya insanla ilgili kelimeler gibi benzer kategorilere ait olan ve aynı nöron grubunun tepki verdiği kelimeler vardır. Ekip ayrıca beynin birbirleriyle ilişkilendirebildiği 'ördek' ve 'yumurta' gibi kelimelerin aynı nöronlardan bazılarını harekete geçirdiğini buldu. 'Fare' ve 'sıçan' gibi benzer anlamlara sahip kelimeler, 'fare' ve 'havuç' kelimelerinin tetiklediklerinden daha benzer sinirsel aktivite kalıplarını tetikliyor. Diğer nöron grupları ise 'yukarıda' ve 'arkada' gibi daha soyut kavramları içeren kelimelere tepki verir.

Dolayısıyla beynin kelimelere atadığı kategoriler katılımcılar arasında benzerdi; bu da insan beyninin anlam gruplarını aynı şekilde sentezleme kapasitesine sahip olduğunu düşündürmektedir. Prefrontal korteks nöronları kelimeleri seslerine göre değil, sadece anlamlarına göre ayırt ederler. Örneğin bir kişi bir cümle içerisinde 'oğul' kelimesini duyduğunda, aklına aile üyeleriyle ilgili kelimeler gelecektir. Ancak nöronlar aynı cümle içinde 'Güneş' kelimesine tepki vermediler, oysa kelimeler neredeyse aynı telaffuza sahipti.

Düşünce okuma

Araştırmacılar, insanların nöronlarının ateşlenmesini gözlemleyerek ne duyduklarını bir dereceye kadar belirleyebilirler. Cümleleri birebir yeniden üretemeseler de, örneğin bir cümlenin sırasıyla bir hayvan, bir eylem ve bir yiyecek türü içerdiğini bilebilirler. Araştırmacılar yalnızca kelimelere ve türlerine karşılık gelen nöronları değil, aynı zamanda bunların konuşulduğu sırayı da belirleyebildiler. Doğal hızdaki dil, engelli insanların konuşma yeteneğini geri kazandırabilecek gelecekteki beyin-bilgisayar arayüzü cihazlarının geliştirilmesi için kritik öneme sahip olacak.