1800’lü yılların sonunda hayvan beyinlerindeki aktivitenin galvanometre ile ölçülmesiyle başlayan beyin sinyallerinin elektirksel ölçümü, günümüzde beyin gücümüzle nesneleri hareket ettirmemizi sağlayacak bir teknolojiye kadar evrildi.
Peki Nedir Bu Beyin Gücü?
Beynimizdeki sinir hücrelerinin birbirleri iletişim kurması nörotransmitter salgıların snaptik boşluklara bırakılması ve bir diğer hücre tarafından algılanmasıyla gerçekleşir. Bu salgılar sonucunda sinir hücresi zarında oluşan voltaj farkı bir elektrik alan oluşturur. Gerçekleşen elektriksel aktivitenin keşfiyse 1875 yılında kedi ve maymun beyinlerine yerleştirdiği elektrotlar ve elektriksel bir ölçüm aleti olan galvanometre yardımıyla Richard Caton tarafından yapıldı. Kafatasının açılarak korteks üzerine yerleştirilmiş elektrotlar sayesinde yapılan bu keşif, Hans Berger’in nörobilimde çığır açacak çalışmalarına öncü oldu.
Hans Berger’in geliştirdiği Elektroensefalografi (EEG) yöntemini diğer teknolojilerden ayıran en önemli özelliği, beynin fiziksel formunu değil bilişsel aktivitesini ölçebilmesidir. Kafa derisi üzerine yerleştirilen elektrotlar aracılığıyla beyin sinyalleri ölçülür. İnsan beynindeki ilk elektroensefalogram ölçümünü oğlu üzerinde gözleri kapalıyken yapan Berger “alfa” dalgaları olarak bilinen “berger” dalgalarını kaydetmiştir. Kişinin bilişsel iş yükü, uyku hali, gözlerinin açık veya kapalı olması gibi birçok durumu hakkında bilgi veren bu teknoloji, beyindeki verinin bir makine tarafından algılanabilmesi hatta kullanılabilmesi anlamına geliyor. Bu verileri kullanarak bir beyin aktivitesi için bir iletişim kanalı veya bilgi taşıyıcısı olarak ve de dış bir cihazının kontrolünde kullanılabileceği fikri de ortaya çıktı. Böylece Beyin–Bilgisayar Arayüzü teknolojisinin temelleri de atılmış oldu.
Görsel 1: Üst sırada Hans Berger’in oğlu üzerinden yaptığı ilk EEG kaydı
Beyin–Bilgisayar Arayüzü (BBA) nedir?
BBA’yı kısaca şöyle tanımlamak mümkündür: Beyinden alınan sinyalleri bilgisayarın algılayabileceği komutlara, kodlara dönüştüren arayüzlerdir. Bu sayede kullanıcı, kas aktivitelerini kullanmadan sadece düşünceleriyle elektronik bir cihazı kontrol edebilir. BBA’lar protezlerin zihinsel kontrolünü sağlamak, konuşma fonksiyonunu yerine getiremeyen bireylere düşüncelerini makine aracılığıyla ifade etmek gibi özellikle fiziksel engelleri aşmakta yardımcı olan bir teknolojidir.
Aslında ilk BBA sistemini 1964 yılında Dr. William Gray Walter farkında olmadan geliştirmiştir. Dr. Walter, hastanın beyin motor bölgesine doğrudan elektrot bağlayarak hastadan önündeki slaytı değiştirmesi için bir düğmeye basmasını istemiştir. Dr. Walter çalışmasında hastadaki beyin aktivitesinin butona basmayı istemesiyle oluştuğunu, projektörünse gecikmeli olarak hareket ettiğini gözlemlemiştir. Bu gözlem de kas hareketinden önce beyinde komut sinyalinin oluştuğunu göstermiştir.
Jacques J. Vidal ise 1973 yayımladığı makale ile “beyin bilgisayar arayüzü” (BBA) terimini ilk defa ortaya atan kişidir. Makalesinde BBA’ların tanımını yapmakla birlikte ayrıca EEG sinyallerini bilgisayar kontrol sinyallerine dönüştüren bir sistem de ortaya koymuştur. Vidal’ın çalışması, yayımlandığı günden günümüze kadar kaynak olarak kullanılmaya devam etmektedir.
1988 yılında felçli hastaların iletişim kurmasını sağlayacak bir teknolojik gelişmeyle devam etti BBA çalışmaları. Yayımlanan “P300 speller” adlı makalede sunulan sistemde kullanıcıya bilgisayar ekranında rakamlar ve harflerden oluşan 6×6’lık bir tablo gösteriliyor. Tabloda her satır ve sütun rastgele yanıp sönüyor, kullanıcının hedeflediği harf yandığındaysa EEG sinyalleriyle tespit ediliyor. Böylece uzuvlarını kullanarak kendini ifade etme şansı olmayan kullanıcılar için çok önemli bir iletişim kanalı oluşturuluyor.
Görsel 2:
Beyin–Bilgisayar Arayüzleri Nasıl Çalışıyor?
BBA’lar temelde sinyal toplama, özellik belirleme, özellik dönüştürme ve cihaz çıkışı olmak üzere dört ana adımdan oluşuyor.
Sinyal toplama adımında MEG, fMRI, fNIRS ve daha yaygın olarak da EEG teknolojileri kullanılarak alıcıdan beyin sinyalleri toplanıyor. Bu sinyaller çok küçük oldukları için önce yükseltiliyor, ardından sayısal verilere dönüştürülüp bilgisayara iletiliyor.
Özellik belirleme adımında ise kullanıcıdan kaydedilen sinyalin özelliklerinin tespit edilmesi işlemi gerçekleştiriliyor.
Üçüncü adımımız olan özellik dönüştürme adımında, toplanan bilginin içindeki örüntülerin taranması ve tanınması için bir algoritmaya aktarılıyor. Bu algoritmaların uyarlanabilir ve hatalara karşı dayanıklı olması gerektiğini de belirtelim. Çünkü BBA kullanıcısı her seferinde “aynı şeyi” düşünüyor olsa da beyin sinyallerinde çeşitli sapmalar, ufak tefek dalgalanmalar mutlaka olacaktır. Algoritmanın uyarlanabilirliği ve esnekliği “öğrenme” açısından da büyük önem teşkil etmektedir.
Son olarak cihaz çıkışı adımında da kontrol edilmek istenen cihazın algılayacağı forma dönüştürülmüş komutlar cihazı çalıştırıyor. Böylece BBA’nın hikâyesi de tamamlanmış oluyor.
Günümüzde ve Gelecekte BBA Teknolojileri
Günümüzdeki BBA araştırmaları sonucunda iskelet ve kas sistemini tamamen ve/veya kısmen kullanamayan felçli hastalar ile ALS hastalarına, protez kol ve ayak gibi organlar ile engellilere hayatlarını daha kaliteli yaşayabilme olanağı sunmaktadır. Gelişen teknolojiyle birlikte gittikçe küçülen bilgisayarların BBA sistemlerinin taşınabilirliğini arttırıp kullanıcıya daha fazla hareket imkânı sunması beklenmektedir.
BBA sistemlerinin gelişimi yapay zeka, makine öğrenimi teknolojilerinin de katılımıyla hızlansa da hala bu teknolojilerin gelişimine ve beynin işleyişi hakkındaki bilgilerimizin artmasına bağlıdır. BBA’nın aşması gereken engellerden biri de hız sorunu. Günümüzdeki sistemlerin hızları kullanıcının uzun süreli konforu için yeterli değildir.
Tedavi amaçlı kullanımının yanında teknolojik cihazların, bilgisayarların aracısız sadece BBA yardımıyla kullanıldığı hatta sadece makinelerle değil iki insan beyni arasında bir iletişim aracı olabileceği bir gelecek çok da imkânsız değildir.
Kaynakça
1-KAYIKÇIOĞLU Temel, MALEKI Masoud ve KETENCİ Seniha, ‘‘Beyin-Bilgisayar Arayüzü’’, Biyomedikal Mühendisliği Ve Uygulamaları, Ankara, 2019
2-2020. Bilimteknik.Tubitak.Gov.Tr. https://bilimteknik.tubitak.gov.tr/system/file
3-AYDEMİR Önder, Beyin Bilgisayar Arayüzü Uygulamalarına Yönelik EEG İşaretleri İçin Öznitelik Çıkarma, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans, 2008, Trabzon.
4-“Beyin Bilgisayar Arayüzleri”. 2020. Rehabilitasyon.Com. https://www.rehabilitasyon.com/makale/Beyin_Bilgisayar_Ara-2_CZ8vEG_71.
5-DOĞAN Ahmet, CALP M. Hanefi, ARI E. Sertaç ve ÖZKÖSE Hakan, ‘‘İnsan Bilgisayar Etkileşimi Kapsamında Beyin Bilgisayar Ara Yüzleri Üzerine Bir İnceleme: Özellikleri Ve Çalışma Prensibi’’, Yönetim Bilişim Sistemleri Dergisi, S:2 (2015), s. 1-10.
Görsel Kaynakçası
Kapak Görseli: “Yapay Zeka”. 2020. Medium. https://medium.com/@SonerCanko/yapay-zeka-bir-otomasyondan-daha-fazlas%C4%B1-8b6c4dffb4f8.
Görsel 1: Nicolaou, N., Georgiou, J. and Nasuto, S., 2011. The-First-EEG-Recording-Made-In-1921-Though-It-Has-Been-Replaced-By-More-Contemporary. ResearchGate. https://www.researchgate.net/figure/The-first-EEG-recording-made-in-1921-Though-it-has-been-replaced-by-more-contemporary_fig4_220049154
Görsel 2: “Neuralink And The Brain’s Magical Future — Wait But Why”. 2017. Wait But Why. https://waitbutwhy.com/2017/04/neuralin
