Bir kübik milimetrelik beyin parçası, nano ölçekli çözünürlükte haritalandı

Beynin küçük bir bölümünü şaşırtıcı ayrıntı düzeyinde haritalayan çalışma

• Google bilim insanları, insan beyninin küçük bir bölümünü nano ölçekli çözünürlükte modelledi
• Daha önce görülmemiş özelliklere sahip hücreler ortaya çıkarıldı
• Araştırma sonuçları bugün Science dergisinde yayımlandı ve çevrimiçi olarak da görülebiliyor

Beyin parçasının 3D haritalama sonuçları

• İncelenen örnek yaklaşık 1 kübik milimetre büyüklüğünde bir beyin parçasıydı ve tüm beynin yalnızca milyonda birine karşılık geliyor
• Yaklaşık 57 bin hücre ve 150 milyon sinaps (nöronlar arası bağlantı) içeriyor
• Toplamda 1,4 petabaytlık devasa veri barındırıyor
• Google araştırmacısı Viren Jain, bu karmaşıklığı anlamanın kolay olmayacağını söyledi

Beyin örneğinin hazırlanması ve görüntüleme süreci

• Epilepsi ameliyatı geçiren 45 yaşındaki bir kadının serebral korteksinin bir bölümü örnek olarak kullanıldı
• Hücrelerin daha iyi görünmesi için koruyucu sıvıya konulup ağır metallerle boyandı
• Harvard Üniversitesi'nden sinirbilimci Jeff Lichtman'ın ekibi, örneği 34 nanometre kalınlığında 5000 parçaya ayırıp elektron mikroskobuyla görüntüledi
• Google ekibi, mikroskop görüntülerini 3D olarak yeniden oluşturmak için bir yapay zeka modeli geliştirdi

Yeni keşfedilen sıra dışı nöronlar

• Birbirleriyle en fazla 50 bağlantı kuran nöronlar keşfedildi (normalde bu sayı en fazla yaklaşık 2 olur)
• Kendi etrafını sararak düğüm oluşturan uzantılara sahip nöronlar da bulundu
• Neredeyse kusursuz simetri oluşturan bir nöron çifti de keşfedildi
• Bu yapıların işlevi hâlâ belirsiz

Devasa verinin doğrulanması gerekliliği

• Verilerin büyük bölümü henüz elle doğrulanmadığı için görüntü birleştirme sürecinde hata olasılığı bulunuyor
• 50 bin hücreden yalnızca birkaç yüzü doğrulandı
• Jain, uzmanların kendi ilgi alanlarına giren harita bölümlerini doğrudan doğrulamasını umuyor
• Gelecekte başka kişilerin beyin örnekleriyle benzer haritalar oluşturulması planlanıyor, ancak tüm beynin haritasını çıkarmanın önümüzdeki birkaç on yıl içinde zor olacağı öngörülüyor

Araştırmanın önemi ve beklenen etkileri

• Allen Institute'tan Hongkui Zeng, bu makaleyi insan serebral korteks verisinin oluşturulmasında bir başarı olarak değerlendirdi
• Serbestçe erişime açılan bu devasa verinin, serebral korteksin mikrodevrelerini araştırmada büyük fayda sağlayacağı belirtiliyor
• Pennsylvania Eyalet Üniversitesi'nden Yongsoo Kim, bu haritanın sinir bağlantılarındaki yeni kuralları ortaya çıkarıp insan beyninin nasıl çalıştığını çözmeye katkı sağlayacağını düşünüyor
• Serebral korteksin çalışma prensibini derinlemesine anlamak, ruhsal hastalıklar ve nörodejeneratif hastalıkların tedavisine dair ipuçları sunabilir

GN⁺'nin görüşü

• Bu araştırma küçük ölçekli olsa da, beynin yapısı ve bağlantıları hakkında daha önce görülmemiş düzeyde ayrıntılı bilgi sunması açısından büyük önem taşıyor. Ancak verinin büyüklüğü nedeniyle doğrulama ve yorumlama için ciddi çaba gerekeceği görülüyor.

• Yeni keşfedilen sıra dışı nöron yapılarının rolünü ve anlamını ortaya koymak, önemli bir sonraki adım olacak. Bu sayede beynin çalışma prensipleri ve ilgili hastalıkların mekanizmalarını anlamada kritik içgörüler elde edilebilir.

• Gelecekte daha fazla beyin haritası oluşturulup veri biriktikçe, bunların yeni ilaç geliştirme ya da hassas tıpta da kullanılabileceği düşünülüyor. Ancak etik ve hukuki sorunlar konusunda toplumsal uzlaşı da gerekli görünüyor.

• Beynin karmaşıklığını tamamen anlamaya daha çok zaman var, ancak bu çalışma beyin bilimi alanında bir dönüm noktası sayılabilecek bir başarı olarak değerlendirilebilir. Ayrıca Google ve Harvard araştırmacıları arasındaki disiplinler arası iş birliğinin iyi bir sonucu olması bakımından da dikkat çekici.

[GN⁺]

Hacker News görüşleri

• Etkileşimli görselleştirme çok başarılı
  • Kesitleri yakınlaştırıp katmanlar arasında kaydırın ya da 3D modeli büyüterek inceleyin
  • Bir nöronun herhangi bir kısmının üzerine fareyi getirdiğinizde, o nöronun tamamının vurgulandığını görebilirsiniz
• 3D harita yaklaşık 1 kübik milimetrelik bir hacmi kapsıyor; bu, tüm beynin milyonda birine karşılık geliyor ve yaklaşık 57.000 hücre ile 150 milyon sinapsı (nöronlar arası bağlantı) içeriyor
• Bu, insan beynini taklit etmek için ne kadar büyük bir sinir ağı modeline ihtiyaç duyulacağına dair kaba bir hesap sunuyor
  • Nöron başına ortalama 2.632 sinaps olduğunu varsayarsak, yetişkin bir insan beynindeki 100 milyar nöronda toplam 2.6x10^14 sinaps olduğu tahmin edilebilir
  • Sinaps başına 1 parametre varsayılırsa, minimum model boyutunun GPT-4'ten yüzlerce kat daha büyük olması gerekir
  • Ancak sinaps başına 10-100 iyon kanalı ve kanal başına en az 10 parametre hesaba katılırsa, 2.6x10^16'dan fazla parametre gerekecek gibi görünüyor
• Richard Feynman'ın "There’s Plenty of Room at the Bottom" konuşmasını yeniden okuyun
  • Biyologların ondan 1000 kat daha güçlü bir elektron mikroskobu yapmasını istedikleri bölüme dikkat edin
  • Bu görüntüleri taramak için kullanılan teknolojiye de dikkat edin
• Tek bir nöron fotoğrafına dayanarak bile, beyin simülasyonu araştırmacılarının gerekli hesaplama gücüne ilişkin tahminlerini yeniden yapması gerekiyor
• Bu tür mikroskobik beyin görüntülerine bakınca biraz rahatsız hissetmenin bir adı var mı? Bunun normal bir tepki olup olmadığını merak ediyorum
• Numuneye zarar vermeden 34 nm kalınlığında 5.000 dilimi nasıl kestiklerini merak ediyorum
• Büyük bir insan beyninin tamamını taramak için 1.76 zettabayt depolama alanı gerekeceği hesaplanmış
• Beyin parçasının, epilepsi tedavisi için ameliyat edilen 45 yaşındaki bir kadının serebral korteksinden alındığı söyleniyor. Hangi kısmın çıkarılacağına nasıl karar verdiklerini merak ediyorum
• 2D kesitlerden 3D hacmi doğru biçimde yeniden oluşturmak zaten iyi çalışılmış bir alan; öyleyse araştırmacılar neden hatalı halüsinasyonlu sonuçlar üretme riski olan ML modelleri kullandı?
• AGI'nin (Artificial General Intelligence) muhtemelen imkânsız olduğuna dair bir başka veri noktası
  • Gerçek biyolojik beyinler yetiştirmek çok daha kolay olacaktır
  • Silikonda bu asla gerçekleşmeyecek ve tüm makinelerin içine bir yerlere santimetreküp boyutunda sinir dokusu blokları gömülecek