Bir Sineğin Beyni Bilgisayarda Canlandırıldı: Dijital Beyin Araştırmalarında Tarihi Adım
Dijital beyin araştırmaları yeni bir aşamaya ulaştı. Bilim insanları bir sineğin beynini nöron ve sinaps düzeyinde bilgisayar ortamına aktararak fizik kurallarıyla çalışan sanal bir bedene bağladı. Ortaya çıkan sistem, herhangi bir eğitim almadan yürüyüş ve beslenme gibi doğal davranışlar sergiledi.
Tam beyin emülasyonu için önemli bir eşik
Çalışma nöroteknoloji alanında faaliyet gösteren Eon Systems tarafından geliştirildi. Projenin danışmanlarından fizikçi ve araştırmacı Dr. Alexander D. Wissner-Gross, bu çalışmanın tam beyin emülasyonu alanında önemli bir eşik olduğunu ifade etti.
Araştırmacılar uzun yıllardır biyolojik bir beynin tüm sinir bağlantılarıyla birlikte dijital ortamda çalıştırılmasını hedefliyordu. Yeni demonstrasyon videosunda görülen sistem, gerçek bir organizmanın sinir devrelerinden elde edilen bir beyin modelinin sanal bir bedeni kontrol edebildiğini gösteriyor.
Bu yaklaşım klasik yapay zekâ sistemlerinden farklı çalışıyor. Davranışlar sonradan öğretilmiyor. Bunun yerine biyolojik beynin sinir bağlantı yapısı doğrudan davranışı ortaya çıkarıyor.
Dijital beyin sanal bir bedeni kontrol etti
Araştırmacılar sineğin beynini detaylı şekilde taradı. Bu süreçte her nöron ve sinaps bağlantısı dijital ortama aktarıldı. Daha sonra bu model fizik motoru kullanan bir simülasyon ortamındaki sanal sinek bedenine bağlandı.
Simülasyon çalışırken çevreden gelen duyusal veriler dijital beyne aktarılıyor. Bu veriler sinir ağı boyunca yayılıyor ve motor komutlara dönüşüyor. Ardından sanal beden bu komutlara göre hareket ediyor.
Bu yapı sayesinde tam bir algı ve hareket döngüsü oluşturuldu. Sanal sineğin yürüdüğü, temizlendiği ve beslenme davranışları sergilediği gözlemlendi.
Araştırmacılara göre bu davranışlar sisteme sonradan öğretilmedi. Davranış kalıpları beynin sinir bağlantılarında zaten bulunduğu için simülasyon içinde doğal şekilde ortaya çıktı.
Çalışmanın bilimsel temeli
Bu projenin temeli 2024 yılında Nature dergisinde yayımlanan kapsamlı bir araştırmaya dayanıyor. Araştırmacılar yetişkin bir sineğin beynini temsil eden büyük bir hesaplamalı model geliştirdi.
Bu model şu bileşenleri içeriyor:
125 binden fazla nöron
Yaklaşık 50 milyon sinaptik bağlantı
FlyWire konektom veri seti
Nörotransmitter tahmini için makine öğrenmesi yöntemleri
Model motor davranışları tahmin etmede yaklaşık yüzde 95 doğruluk oranına ulaştı. Ancak ilk versiyon yalnızca teorik bir modeldi. Beyin modeli fiziksel bir bedenle etkileşim kuramıyordu.
Yeni çalışmada bu eksik halka tamamlandı.
Önceki çalışmalardan farkı
Daha önce yapılan bazı projelerde sinek benzeri simülasyonlar bulunuyordu. Ancak bu sistemler genellikle pekiştirmeli öğrenme algoritmaları tarafından kontrol ediliyordu.
Bu yaklaşımda davranışlar biyolojik sinir ağından değil, eğitim verilerinden öğrenilen algoritmalardan kaynaklanıyordu.
Benzer şekilde daha küçük sinir sistemlerine sahip canlılar üzerinde yürütülen çalışmalar da vardı. Örneğin nematod solucanı üzerine yapılan projeler yaklaşık 302 nöronluk bir sinir sistemini modellemeye çalıştı.
Yeni çalışmanın farkı ise gerçek bir biyolojik konektomdan oluşturulan tam beyin modelinin, fizik kurallarıyla çalışan bir sanal bedeni doğrudan kontrol etmesi oldu.
Sıradaki hedef fare beyni
Eon Systems bu projeyi daha büyük beyin emülasyonlarının ilk adımı olarak görüyor. Şirketin uzun vadeli hedefi daha karmaşık sinir sistemlerini dijital ortama aktarmak.
Araştırmacılar şu anda yaklaşık 70 milyon nöron içeren bir fare beyninin tam bağlantı haritasını oluşturmayı planlıyor.
Bu sayı sineğin beynindeki nöron sayısından yaklaşık 560 kat daha fazla.
Bilim insanları sinek beyninin simülasyon ortamında algı ve hareket döngüsünü tamamlayabilmesinin, daha büyük ve karmaşık beyinlerin dijital olarak modellenmesi için önemli bir işaret olduğunu belirtiyor.