Bilim İnsanları Bir Canlının Beynini İlk Kez Dijital Ortamda Çalıştırmayı Başardı

Bilim insanları, yemiş sineğinin beynini nöron ve sinaps düzeyinde tarayarak sayısal ortama aktarmayı başardı. Elde ettikleri bu modeli, fizik yasalarıyla işleyen sanal tek bedenle birleştiren araştırma ekibi, sistemin yürüme, temizlenme ve beslenme gibi içgüdüsel davranışları taklit ettiğini gözlemledi. Bilim çevreleri, biyolojik tek organizmanın gerçek asap ağlarını ilköğretim saha sayısal kopyasının birinci kez sanal tek bedenle tesirleşime girdiğini belirtiyor.

Araştırmacılar Biyolojik Beyni Dijital Bir Sinir Ağına Dönüştürdü

Nöroteknoloji şirketi Eon Systems bünyesinde çalışan araştırma ekibi tasarıde tek yemiş sineğinin beynini ayrıntılı biçimde haritalandırdı. Bilim insanları beyin dokusundaki her arasında biri nöronu ve sinaptik bağlantıyı çözümleme ederek içeriklı tek hesaplamalı modeller oluşturdu.

Araştırma ekibi geliştirdiği sayısal beyni fizik kaidelarıyla çalışan sanal tek sinek bedenine bağladı. Simülasyon ortamı video oyunu benzeri tek platformlar üzerinde çalıştı. Sistem duyusal verileri sayısal beyne iletti. Beyin modeli bu verileri işledi ve motorlar komutları üretti. Sanal vücut üretilen komutlara göre hareket etti. Araştırmacılar sistemde oluşan davranışların dışarıdan öğretilmediğini belirtti. Bilim insanları davranış kalıplarının beynin sinirsel bağlantı yapısında zaten bulunduğunu ifadeleri etti.

Araştırma ekibi, tasarınin temelini oluşturan beyin modelini daha önce yayımlanmış içeriklı tek çalışmadan aldı. Geliştirilen sayısal yapı, yetişkin tek yemiş sineğinin beynine karşılık gelen yaklaşık 125 binlerce nöron ve 50 milyon sinaptik bağlantıyı barındırıyor.

Araştırmacılar modelin oluşturulmasında FlyWire bilgi setini kullandı. Bilim insanları asap hücreleri arasındaki bağlantıları çözümleme eden alet öğrenmesi yöntemlerinden yararlandı. Araştırma ekibine göre sistemleri motorlar davranışları öngörü etme başlıksunda yaklaşık yüzde 95 doğruluk oranına ulaştı. Araştırmanın birinci aşamasında geliştirilen modeller yalnızca teorik tek beyin yapısı olarak çalıştı. Bilim insanları o aşamada sinirsel aktivitenin üretildiğini bununla birlikte modelin bedensel tek bedenle tesirleşime girmediğini belirtti.

Dijital Beyin İlk Kez Fizik Kurallarıyla Çalışan Bir Bedenle Buluştu

Araştırma ekibi yepyeni çalışmada önceki beyin modelini gelişmiş tek simülasyon altyapısıyla birleştirdi. Bilim insanları sistemi NeuroMechFly v2 simülasyon çerçevesi ile fizik motoru tabanlı MuJoCo simülasyon sistemi üzerinde çalıştırdı.

Araştırmacılar bu entegrasyon sayesinde algı ve hareket döngüsünü eksiksiz biçimde kurdu. Simülasyon ortamı çevreden gelen duyusal verileri sayısal beyne gönderdi. Dijital beyin asap ağı boyunca olan bu sinyalleri işledi. Sistem daha sonraları motorlar komutları oluşturdu ve sanal vücut bu komutlara göre hareket etti.

Bilim insanları bu döngünün biyolojik asap sistemlerinde gerçekleşen algıdan harekete uzanan süreci temsilcilik ettiğini ifadeleri etti. Araştırma ekibi sistemin yürüyüş, temizlik ve beslenme gibi doğal davranışları sergilediğini raporladı.

Araştırmacılar daha önce yapılan çalışmaların çoğunda farklı tek yaklaşım kullanıldığını belirtiyor. Bilim insanları bazı tasarılerde simülasyon içindeki organizmaların davranışlarının pekiştirmeli öğrenme algoritmalarıyla üretildiğini hatırlatıyor.

Araştırma ekipleri o tasarılerde davranışların biyolojik asap ağlarından değil eğitim verilerinden türetilen yapay politikalar üzerinden oluştuğunu ifadeleri ediyor. Yeni çalışmada kullanılan modeller ise doğrudan biyolojik tek konektom haritasına dayanıyor.

Bilim insanları ayrıca daha küçük asap sistemlerine malik organizmalar üzerinde yürütülen çalışmaların da bulunduğunu belirtiyor. Araştırmacılar nematod solucanı gibi canlılarda yaklaşık 302 nöron içeren asap sistemlerinin modellenmeye çalışıldığını ifadeleri ediyor.

Yeni araştırma daha büyük tek asap ağına malik organizmanın eksiksiz beyin bağlantı haritasını kullanarak çok sayıda doğal davranış üreten tek sistemleri ortaya koydu. Eon Systems araştırma ekibi tasarıyi daha büyük ölçekli beyin emülasyonlarının başlangıcı olarak değerlendiriyor. Araştırmacılar gelecekte çok daha karmaşık asap sistemlerini sayısal ortama aktarmayı hedefliyor.

Araştırmacılar, tek sonrakiler adımda yaklaşık 70 milyon nöronu barındıran kemirgen beyninin tüm bağlantı haritasını çıkarmayı hedefliyor. Bu sayı, yemiş sineğinin beynindeki nöron sayısıyla kıyaslandığında yüzlerce kat daha büyük tek ölçeğe işaret ediyor.

Ekip, yemiş sineği beyninin simülasyon ortamında algılama ve hareket döngüsünü eksiksiz tamamlamasını, daha üst düzey canlıların beyin modelleri için beklenti verici tek adım olarak yorumluyor. Bilim insanları, bu noktada karşılaşılan en büyük maniin yöntemsel tek sualndan çok, bilgi hacmi ve hesaplama ölçeğiyle ilgili olduğunu vurguluyor.