Yeni araştırmaya göre farelerin hayal gücü var

İnsanlar olarak düşüncelerimizde yaşıyoruz: akşam yemeği için ne yapacağımızı düşünmekten, son plaj tatilimizin hayalini kurmaya kadar.

Artık HHMI'nin Janelia Araştırma Kampüsündeki araştırmacılar hayvanların da hayal gücüne sahip olduğunu keşfettiler.

Lee ve Harris laboratuvarlarından bir ekip, farenin iç düşüncelerini araştırmak için sanal gerçeklik ile beyin-makine arayüzünü birleştiren yeni bir sistem geliştirdi.

İnsanlar gibi hayvanların da önlerinde olmayan yerler ve nesneler hakkında düşünebildiklerini, düşüncelerini bir yere yürümeyi veya uzaktaki bir nesneyi belirli bir noktaya taşımayı hayal etmek için kullanabildiklerini buldular.

İnsanlar gibi, kemirgenler de yerleri ve olayları deneyimlediğinde, beynin uzaysal hafızadan sorumlu bölgesi olan hipokampusta belirli sinirsel aktivite kalıpları aktive oluyor. Yeni çalışma, farelerin gönüllü olarak aynı aktivite kalıplarını oluşturabildiklerini ve bunu mevcut konumlarından uzaktaki uzak yerleri hatırlamak için yapabildiklerini ortaya koyuyor.

Harris ve Lee Laboratuarlarında doktora sonrası araştırmacı olan ve yeni bulguları açıklayan bir makalenin ilk yazarı olan Chongxi Lai, "Fare gerçekten de çevredeki yerlerin temsilini oraya gitmeden etkinleştirebilir" diyor. "Fiziksel bedeni sabit olsa bile mekansal düşünceleri çok uzak bir yere gidebilir."

Kişinin mevcut konumundan uzaktaki yerleri hayal edebilme yeteneği, geçmiş olayları hatırlamak ve gelecekteki olası senaryoları hayal etmek için temeldir. Bu nedenle, çalışmanın yazarlarına göre yeni çalışma, insanlar gibi hayvanların da bir tür hayal gücüne sahip olduğunu gösteriyor.

Janelia'da eski Grup Lideri ve şimdi HHMI Araştırmacısı olan Albert Lee, "Hayal etmek, insanların yapabileceği olağanüstü şeylerden biridir. Artık hayvanların da bunu yapabildiğini bulduk ve bunu çalışmanın bir yolunu bulduk" diyor. Beth Israel Deaconess Tıp Merkezi'nde.

Yeni bir beyin-makine arayüzü

Proje dokuz yıl önce Lai'nin yüksek lisans öğrencisi olarak bir hayvanın düşünüp düşünemeyeceğini test etme fikriyle Janelia'ya gelmesiyle başladı. Danışmanı Janelia Kıdemli Üyesi Tim Harris, Lai'ye koridorda yürüyüp laboratuvarında benzer soruları olan Lee ile sohbet etmesini önerdi.

Laboratuvarlar birlikte, hayvanların ne düşündüğünü anlayacak bir sistem geliştirmek için çalıştı; sinirsel aktiviteyi ölçebilecek ve bunun ne anlama geldiğini tercüme edebilecek gerçek zamanlı bir "düşünce dedektörü".

Sistem, beyin aktivitesi ile harici bir cihaz arasında doğrudan bağlantı sağlayan bir beyin-makine arayüzü (BMI) kullanıyor. Ekibin sisteminde BMI, farenin hipokampüsündeki elektriksel aktivite ile 360 ​​derecelik sanal gerçeklik alanındaki konumu arasında bir bağlantı oluşturuyor.

Hipokampus, geçmiş olayları hatırlama ve gelecek senaryolarını hayal etmeyle ilgili dünyanın zihinsel haritalarını saklar. Hafızanın hatırlanması, yerler ve olaylarla ilgili spesifik hipokampal aktivite kalıplarının oluşturulmasını içerir. Ancak hayvanların bu aktiviteyi gönüllü olarak kontrol edip edemeyeceğini kimse bilmiyordu.

BMI, araştırmacıların, bir farenin fiziksel olarak oraya gitmeden arenadaki bir konumu düşünmek için hipokampal aktiviteyi etkinleştirip etkinleştiremeyeceğini test etmesine olanak tanıyor; esasen, hayvanın o konuma gitmeyi hayal edip edemediğini tespit ediyor.

Farenin iç düşüncelerini araştırmak

Araştırmacılar, sistemlerini geliştirdikten sonra farenin beyin sinyallerini çözmelerine olanak sağlayacak "düşünce sözlüğü" oluşturmak zorunda kaldılar. Bu sözlük, fare bir şeyi (bu durumda VR alanındaki yerleri) deneyimlediğinde aktivite modellerinin nasıl göründüğünü derliyor.

Fare, Lee Laboratuvarı'nda doktora sonrası araştırmacı olan Shinsuke Tanaka tarafından tasarlanan VR sisteminde koşumlanıyor. Fare küresel bir koşu bandı üzerinde yürürken hareketleri 360 derecelik ekrana aktarılıyor. Fare hedefine doğru gittiğinde ödüllendirilir.

Aynı zamanda BMI sistemi sıçanın hipokampal aktivitesini kaydeder. Araştırmacılar, fare her hedefe ulaşmak için arenada gezindiğinde hangi nöronların etkinleştirildiğini görebiliyor. Bu sinyaller, beynin hipokampal aktivitesinin ekrandaki eylemlere dönüştürülmesiyle gerçek zamanlı bir hipokampal BMI'nın temelini oluşturur.

Daha sonra araştırmacılar koşu bandının bağlantısını kesiyor ve hedef konumuyla ilişkili hipokampal aktivite modelini yeniden ürettiği için fareyi ödüllendiriyor. Adını 2008 yılında aynı adlı bir filmden alan bu "Jumper" görevinde BMI, hayvanın beyin aktivitesini sanal gerçeklik ekranında harekete dönüştürüyor. Esasen hayvan, önce ödülü almak için nereye gitmesi gerektiğini düşünerek ödüle gitmek için düşüncelerini kullanır. Bu düşünce süreci insanların düzenli olarak deneyimlediği bir şeydir. Örneğin, tanıdık bir mağazadan yiyecek almamız istendiğinde, daha evden çıkmadan yol boyunca geçeceğimiz yerleri hayal edebiliriz.

İkinci görev olan "Jedi" görevinde (Yıldız Savaşlarına bir gönderme) fare, yalnızca düşünceleriyle bir nesneyi bir konuma taşıyor. Sıçan sanal bir yere sabitlenmiştir ancak hipokampal aktivitesini kontrol ederek bir nesneyi VR alanındaki bir hedefe "hareket ettirir"; tıpkı ofisinde oturan bir kişinin kahve makinesinin yanında bir fincan alıp onu kahveyle doldurduğunu hayal etmesi gibi. Araştırmacılar daha sonra hedefin yerini değiştirerek hayvanın yeni konumla ilişkili aktivite modelleri üretmesini gerektirdi.

Ekip, farelerin hipokampal aktivitelerini, muhtemelen insanların yaptığı gibi, hassas ve esnek bir şekilde kontrol edebildiklerini buldu. Hayvanlar ayrıca bu hipokampal aktiviteyi sürdürebiliyor ve düşüncelerini belirli bir konum üzerinde saniyeler boyunca tutabiliyorlar; bu, insanların geçmiş olayları yeniden yaşadığı veya yeni senaryolar hayal ettiği zaman dilimine benzer bir zaman dilimi.

Harris, "Çarpıcı olan şey, farelerin, bir farenin dikkat süresine ilişkin belki de naif fikrimize dayanarak, çok uzun bir süre boyunca başka hiçbir yer değil de orası hakkında düşünmeyi öğrenmeleridir" diyor.

Araştırma ayrıca BMI'nin hipokampal aktiviteyi araştırmak için kullanılabileceğini ve bu önemli beyin bölgesini incelemek için yeni bir sistem sağladığını gösteriyor. Yazarlara göre, BMI protezlerde giderek daha fazla kullanıldığı için, bu yeni çalışma aynı prensiplere dayalı yeni protez cihazları tasarlama olasılığını da açıyor.