|
Gelecekle Tokalaşmak
Hareket: İnsanla Teknolojinin Ortaklığı
Engelli insanlara, uzuvlarının
işlevlevlerini geri kazandırma
Biyolojik sistemlerle yapay organları bir araya getiren, doğadan “kopya çekerek”
daha işlevsel makineler geliştiren biyonik araştırmacıları, insanla makine
arasında bir “köprü” oluşturuyorlar.
Böylece, engelli insanların kaybettikleri hareket yeteneklerini geri kazanmaları
yönünde yeni olanaklar sunuyorlar. Bunu yaparken, yepyeni malzemeler,
mikroişlemciler, özel donanımlı bilgisayarlar ve gelişmiş (robotik) mekanizmalar
gibi günümüzün en gelişmiş teknolojilerinden yararlanıyorlar. Bu gidişle, belki
de gelecekte yürüyememek ya da ellerini kullanamamak bir kabus olmaktan çıkacak,
yapay kol veya bacakları ancak
röntgen filmleriyle gerçeklerinden ayırt edebileceğiz.
ABD’nin Oklahoma kentindeki hava kuvvetleri üssünde çalışan mühendis “merhaba,
ben Greg”, diye tanıtıyor kendini ve elini uzatıyor. El sıkışı güçlü; belki de
biraz fazla güçlü. Beş parmağı sanki aynı anda sıkıyor. Elini geri çekmesiyle
vızıltı benzeri bir ses duyulmaya başlıyor. Ses, elin bilekte dönmesinden
kaynaklanıyor. Önce 90 derece, sonra 180 derece ve 360 derecelik tam bir dönüş
gerçekleştiriyor. Greg’in sağ eli, sekiz yıl
önce geçirdiği bir kaza sırasında kopmuş. Kolundaki yara iyileştikten sonra,
kopan elin yerine plastikten takma bir el takılmış. Ne var ki, bu protez Greg’e
tümüyle yabancı, histen yoksun ve kaskatıymış. Oysa Greg’e göre, artık yerinde
olmasa da, eli hâlâ yaşıyordu. “Varlığını” hissediyor, bir şeyleri
kavrayabilirmiş duygusuna kapılıyordu. Sonunda Greg başına gelen kazadan sonra
hep hayalini kurduğu, “hareket yeteneği” olan bir ele kavuştu. Bugün “yeni”
elinden son derece memnun. Öyle ki, onunla bütünleştiğini ve gerçek elini hiç
aratmadığını düşünüyor. Üzeri ince tüylerle kaplı, hafif kırışıklık verilmiş
silikondan bir deriyle kaplı yapay elinin içi, ince metal çubuklar, kablolar ve
eklem görevi yapan mekanizmalardan oluşuyor. Titanyum ve alüminyumdan yapılmış
elektrikli motorlar, yapay parmaklarını harekete geçiriyor. Kolunun altına
yerleştirilmiş altı tane mikroişlemci her hareketini denetliyor. Araştırmacılar,
Greg’in yapay elini sıcağı ve soğuğu ayırt edebilecek duruma da getirmişler.
İşaret parmağının ucunda, kolunun başladığı yerdeki sinirlerine “sıcak” ve
“soğuk” uyarıları ileten bir algılayıcı (sensor)
bulunuyor. Eli kazara sıcak bir tencereye değdiğinde, tıpkı gerçek eliyle olduğu
gibi, onu hemen geri çekme gereği duymuyor.
Greg, elini sıkmak istediğinde, harekete ilişkin emir, merkezi sinir sistemi
üzerinden elinin kesik olduğu bölgedeki kaslara iletilir, bu kaslar kasılır. O
anda beyninden kol kaslarına
bir elektrik akımı ulaşır. Akımın küçük bir bölümü elin koptuğu ve protezin
başladığı yere ulaşır. İki elektrod uyarıları algılar ve mikroişlemcilere
aktarır. Böylece Greg kopmuş olan elini hareket ettirebiliyormuş duygusuna
kapılır.
Greg, biyonik alanındaki son gelişmeler sayesinde, kendisiyle bir makine
arasındaki sınırın ortadan kalktığını bizzat yaşayan; başlangıçta pek de iyi
tanımadığı yapay eliyle “iletişim” kurmayı başarabilmiş biri. Günümüzde, hareket
yeteneğinin geri kazandırılması konusunda, birkaç yıl öncesine kadar asla
düşünülemeyecek gelişmeler yaşanıyor. Makineler, beden ve beyin işlevlerini,
beyin işlevleri de makineleri yönetebiliyor. Geliştirilen yeni ameliyat
teknikleri ve mikroelektronik sayesinde organizmalarla motorlar, sinir
hücreleriyle çipler, yani karbonla silisyum bir araya getirilebiliyor ve uyum
içinde çalışmaları sağlanabiliyor.
Biyonik alanında yürütülen araştırmalar, engelli insanlara, uzuvlarının işlevini
iki durumda geri kazandırabiliyor: Birincisi, engellilerin çalışmayan
uzuvlarını, tıpkı Greg örneğinde olduğu gibi bilişsel olarak denetleyebildikleri
durum. Bu insan felç sonucu işlevini yitirmiş ya da ampütasyon (kesilme) sonucu
artık yerinde olmayan eklemlerini hareket ettirdiklerini hâlâ duyumsayabiliyor,
bunların hareketini, sinir sistemi ve/veya kas etkinliği yoluyla denetleyebiliyorlar. İkincisiyse, engellilerin, motor hareketleri yapmak
isterken beyinlerinde gerçekleşen bilimsel işlemlerin bir aygıtça yakalanıp
deşifre edilebildiği durum.
İnsan bedeninin her hareketi beynin hareketleri denetleyen korteksindeki sinir
hücrelerince başlatılır. Bunlar, binlerce dokunsal ve görsel duyudan gelen
uyarıların işlenmesinin ardından, farklı kasların eşgüdümünü sağlayan geni. bir
sinirsel ağı harekete geçirir. Milyonlarca elektriksel atımdan oluşan bu
karmaşık ağın zarif hareketlere dönüştürülmesi, duyu-motor sistemimizin her
zaman yaptığı, ancak biyonik araştırmacıların gıptayla baktığı, sıradan bir
işlem. İnsanın hareketiyle en gelişmiş robotların hareketi karşılaştırıldığında,
duyumotor sistemimizin ne kadar gelişmiş ve mükemmel olduğu kolayca görülür.
İnsanın duyu-motor sisteminin bir kopyasını geliştirmek olanaksız, ancak şu da
bir gerçek ki, sistem, giderek artan sayıda çok yönlü, biyonik yapılarla
donatılıyor. İnsanın ve öteki primatların sahip olduğu biyonik potansiyel,
geçmiş aylarda bir maymunla yapılan bir deneyde kanıtlandı. Maymunun
elektrodlarla izlenen beyin uyarıları, İnternet’te izlediği üçboyutlu bir robot
kolunu hareket ettirebilmişti. Bir başka deneydeyse, beyinlerine
elektrodlar bağlanmış farelerin, yalnızca beyin uyarılarıyla bile yiyecek sağlayabileceklerini anlamalarıyla birlikte, yiyecek için herhangi bir fiziksel
çaba göstermekten vazgeçtikleri gözlemlenmişti. Bu deney sonuçlarından yola
çıkan biyonik araştırmacıları, felçli ya da herhangi bir uzuvlarını kaybetmiş
olan insanların, bilişsel güçlerini kullanarak, en azından bir cismi kavramak
gibi, basit ancak önemli hareketleri yapabilecekleri sonucuna vardılar.
Yapılması gereken şey, beyinle makine arasında bir “köprü” oluşturmaktı.
Beyin-makine ilişkisine örnek çalışmalardan birini “beyin-bilgisayar arayüzü”
ilişkisinin geliştirildiği araştırmalar oluşturuyor. Bu alanda önemli
araştırmaların yürütüldüğü yerlerden birisi ABD’nin Cleveland kentinde bulunan
“FES Center” (Center for Functional
Electro-Stimulation) adlı işlevsel elektrik uyarı merkezi. Merkezdeki
araştırmacılar, sualtında geçirdiği vurgun sonucu kolları tutmayan Jim Jatich
adlı bir hastanın, tutmayan ellerini düşünce gücüyle yönetmesine olanak
tanıyacak bir sistem geliştirdiler. Bunun için Jim’in el bileğine, elin
pozisyonunu mikroişlemcilere bildiren mıknatıslar ve algılayıcılar
yerleştirdiler. Beyinle teması sağlamak için de beyin akımlarını algılayabilen
ve bunları bir bilgisayara aktaran özel bir başlık geliştirdiler. Araştırmacılar
hastaya, öncelikle bilgisayardaki imleci düşünce gücüyle hareket ettirebilmeyi
“öğrettiler”. Hastanın, yalnızca “düşmek” sözcüğünü bile düşünmesi yeterli
oluyordu. Bilgisayar, ilgili beyin
akımlarını ayırt edebiliyor ve imleç aşağıya doğru hareket etmeye başlıyordu.
Araştırmacılar, düzeneği uzaktan kumanda edilebilir duruma getirdiler. Jim’in
aklından “aşağı doğru” diye bir düşünce geçtiğinde, eli kendiliğinden yumruk
haline geliyor.
Uygulamanın tek olumsuz yanı takılması zorunlu olan tuhaf başlık ve başlıktaki
elektrodların belirli beyin etkinliklerini ayırt etmemesi. Bu nedenle
araştırmacılar gelecekte beyinle olan temas noktalarını kafatasına
sabitleştirmeyi amaçlıyorlar.
ABD’nin Emory Üniversitesi’nde araştırmalarını sürdüren nörolog Roy Bakay ve
ekip arkadaşları, beynin harekete ilişkin bölgesindeki en ufak etkinlikleri bile
algılayabilen ve kafatası üzerine ameliyatla yerleştirilen “nörotropik
elektrodlar” geliştirmişler. Kalem ucu
büyüklüğünde içi boş bir cam koniyi andıran elektrodlar, harekete ilişkin beyin
etkinliğinin en iyi algılandığı, kulaklar üzerindeki bölgede yer alan korteksin
olduğu yere yerleştiriliyor. Cam koninin içinde, hastanın bacağından alınan
sinir dokusuyla çevrili mikroskopik incelikte bir altın iplikçik bulunuyor. Bu
yapı, çevredeki sinir hücrelerini uyarıyor; birkaç aylık bir süre sonunda sinir
hücreleri altın iplikçikle birleşmiş oluyor. Beyin elektrodlarının en önemli
avantajı, kablolara gereksinim olmaması. Elektrodlar,
hastanın giydiği bir beyzbol şapkasına yerleştirilmiş indüksiyon bobininden güç
sağlıyor. Harekete ilişkin en ufak bir sinirsel uyarı, kafatası altına
yerleştirilmiş olan küçük bir alıcı tarafından saptanıyor.
“Beyin-bilgisayar” yaklaşımının tersi bir yaklaşım olan “bilgisayar-beyin”
yaklaşımıyla ise örneğin, Parkinson hastaları tedavi edilebiliyor. Hastaların
beyni, bir kumanda aygıtından gelen uyarılara yanıt veriyor. Beynin, uyanıklık
ve uyku gibi bilinç durumlarını denetleyen talamus bölgesine elektrodlar
yerleştiriliyor. Aygıttan yayılan elektriksel akımlar bu bölgeye ulaştığında,
titreme nöbetlerini durduruyorlar. Bedenlerine hastalıktan dolayı hakim olamayan
hastalar yöntemin uygulanmasıyla birlikte sakinleşiyor ve hareketleri
normalleşiyor.
Yöntemin başarıları yanında sakıncalı yönleri de yok değil: Beynin başka
bölgelerinde
istenmeyen etkilere yol açabiliyor. Örneğin, parkinson hastası bir kadın,
elektrodların çalışır duruma getirilmesiyle birlikte şiddetli depresyon
belirtileri göstermeye başlamış. Buna karşın hekimler, beyin implantasyonu
yöntemini, şizofren olan ya da değişik korkulara sahip hastalara uygulamayı
planlıyorlar. Öyle görünüyor ki, gelecekte insanın merkezi sinir sistemi bile
dış dünyaya açılmış olacak. Elektrodların ilaçlardan daha etkili duruma gelmesi
halinde, bu, hastalar açısından önemli bir kazanç olacak. Ancak, beyin
implantasyonuyla yapılan müdahaleler, gerçekte “insan” olmanın ne anlama geldiği
sorusunu akla getirmiyor değil.
Daha farklı biyonik yaklaşımlardaysa hareketin denetimini beyin değil, bedendeki
sinirler ve kaslar yükleniyor. Bu yaklaşımlarda kaslar ve sinirler işlevsel
olacak biçimde elektriksel olarak uyarılıyor. Belden aşağısı felçli olan Roland Lew’un durumu,
teknolojinin
bedeni yönetmesine iyi bir örnek. Lew, yıllarca tekerlekli sandalyeye mahkum
yaşadıktan sonra, FES Center adlı merkezdeki hekimlerin, yeniden yürümesine
olanak verecek yeni bir teknolojiyi bedeni üzerinde denemelerine izin vermiş.
Hekimler, Lew’un bacaklarına, karnına, kalçalarına ve sırtına, kaslarını
uyarmaya yarayan 400 elektrod yerleştirmişler. Zaman içinde bu bağlantıların
büyük kısmı işlevini yitirmiş; ya yerlerinden kopmuş ya da paslanmışlar. Ancak,
çalışır durumda olan az sayıda elektrod bile Lew’un yürümesine olanak veriyor;
yani deneme başarıyla sonuçlanmış. Lew, üst baldırlarından çıkan kablo
demetlerini bir arada tutan elektrik fişlerini bel kemerine tutturulmuş kumanda
aygıtına taktıktan sonra bir düğmeye basıyor. Düğmeye basmasıyla birlikte,
tekerlekli sandalyesinden bir hamlede ayağa fırlıyor. Sonra tekrar basıyor
düğmeye ve sanki başka bir güç tarafından yönetiliyormuş gibi adım atmaya
başlıyor. Lew’un yürüyüşü, adımları programlanmış bir robotunkini andırıyor.
Hareketlerinin bir kısmı, beline bağlı bilgisayar tarafından yönetilirken, bir
kısmıysa tümüyle kendisine ait. Kasları, mikroişlemcilerce yönetildiği için,
Lew’un belden aşağısı organizmaya teknolojinin bir birleşimi gibi. Yani insanla
makine arası bir karışım. Biyonik araştırmacıları, Lew sayesinde, örneğin her
bir bacakta yer alan 40’tan fazla kastan hangilerinin “olmazsa olmaz” işleri
bulunduğunu hangilerininse yalnızca hareketi yalnızca daha yumuşattığını; ne tür
uyarıların kasları daha etkili biçimde uyardığını; ya da bedenin en fazla kaç
kabloya dayanabildiğini öğrendiler.
Merkezi yürüten Hunter Peckham, bedenin içinin teknik araçlar için hiç de
elverişli bir yer olmadığını, bağışıklık sistemimizin her yabancı cisme karşı
adeta “savaş” açtığını vurguluyor. Çoğu kez, vücut yabancı cismi reddediyor.
Kaldı ki, elektroniği vücudun içine,
onun kabul edeceği biçimde yerleştirmek, biyoniğin karşılaştığı tek sorun değil.
“Mekanik açıdan insan son derece karmaşık bir sistem”, diyor Peckham. “Onu, en
küçük ayrıntısına kadar anlamak zorundayız.” Bir başka sorunsa, yapay yoldan
hareketi sağlayan ve sayıları birkaç yüzle sınırlı elektrodların, insan
vücudundaki her bir kas lifini saran sonsuz
sayıda sinir lifine göre, son derece yetersiz kalması. Yalnızca omurgamızda
bile, yürümemizi sağlayan 100.000 sinir lifi yer alıyor.
FES Center adlı merkezin felçli hastalara sunduğu bir başka çözümse, Lew’unkine
benziyor, ancak daha az kablo gerektiriyor, dahası, vücutta dikkat çekmiyor.
Hastaların karın bölgelerine, mikrodalga anteni içeren bir devre
yerleştiriliyor. Anten, vücut dışından verilen komutları algılayıp bunları
bacaklardaki elektrodlara aktarıyor. Hastalar, bu tür bir aygıt yardımıyla,
tekerlekli sandalyeyle ulaşmaları olanaksız olan yerlere kadar
“yürüyebiliyorlar”.
Benzer bir teknoloji, kolları felçli hastalar için geliştirilmiş. Amaç,
kollarını hiç bir şekilde hareket ettiremeyen bu hastaların, ellerini yeniden
kullanabilmelerini sağlamak. Tıpkı
belden aşağısı tutmayan felçli hastalarda yapıldığı gibi, bu hastaların
kollarına ve parmaklarına elektrodlar, göğüs bölgelerine, bir mikrodalga
alıcısı, omuzlarına bir verici ve köprücükkemiğinin olduğu yere de bir devre
yerleştiriliyor. Bu düzenek, tekerlekli sandalyeye monte edilmiş bir bilgisayar
aracılığıyla yönetiliyor. Bu tür uygulamalarda
tuhaf olan, hastaların tutmayan kollarının ya da bacaklarının, beyinden herhangi
bir
komut almaksızın, bir bilgisayardan gelen komutlara uygun bir şekilde hareket
etmeye
başlaması. Başlangıçta, bir makine tarafından yönetilme olgusu, kimi hastalarda
olumsuz duygulara yol açsa da, aslında bu tür uygulamalar gündelik yaşamlarına
pek çok kolaylık getiriyor.
Biyonik alanındaki hızlı gelişmeler, insan-makine kaynaşmasının, yakın bir
gelecekte biyoniğin en büyük engeli olmaktan çıkacağını gösteriyor. Günümüzde,
biyoniğin en önemli teknik sorunlarından biri, beyin içine ya da bedenin başka
bölgelerine yerleştirilen elektronik aygıtların büyüklüğünün aygıtın
işlevselliğini kısıtlaması. Bilimadamları, önümüzdeki on yıl içinde, bu
aygıtların yeteri kadar küçültülebileceğini düşünüyorlar.
Ne var ki, aygıtların boyutlarının küçülmesi beraberinde başka sorunlar
getiriyor. Nesnelerin boyutu küçüldükçe, bunların paslanmaya yol açabilen vücut
sıvıları gibi dış etkilerden korunması güçleşiyor. Elektronikteki bir başka
önemli sorunsa, sayısal sistemlerin elektromanyetik parazitlerden etkilenmesi.
Bu riskten dolayı, örneğin yapay
kalp gibi biyonik sistemlerde, sayısal (dijital) elektronikten kaçınılıyor.
Ancak, bedenin hareket yeteneğini geri kazandırmak çabaları sayısal işlemler
üzerine kurulu olan biyonik araştırmalarında bu tür önlemler söz konusu olamaz.
Greg’in kolunu üreten Hanger adlı firmanın başkan yardımcısı Kevin Carroll,
“aslında daha işin başlangıcındayız” diyor . Firmanın amacı, bir yüksek
teknoloji ürünü olan “kevlar” adlı bir malzemeden tıpkı gerçekleri gibi hareket
edebilen bacaklar, ıslak ve kuruyu algılayabilen kollar, ve dokunuşlar
karşısında uyarı veren eller üretmek. Carroll, bir tür bilince sahip protezler
geliştirmek amacında. Bacaklarının bir bölümünü kaybetmiş ilk hastaları,
elektronik tabanlı gelişmiş protezler sayesinde yere bastıklarını
duyumsayabiliyorlar. Protezin bağladığı noktaya yerleştirilmiş olan dört
elektrod, yere basma anında oluşan basıncı sinir sistemine aktarıyor. Belki de
gelecekte öyle protezler geliştirilecek ki, örneğin ellerini kaybetmiş olan
hastalar yapay elleriyle piyano bile
çalabilecek. Carroll gibi, bu işe gönlünü vermiş araştırmacılar, bunun teoride
mümkün olduğunu savunuyorlar. Tek sorun, günümüzde protezle bedeni birleştirmek
için kullanılan bağlantıların, böylesine hünerli protezleri yönetecek düzeyde
olmaması. Ancak, gelişmelerin hızına bakılırsa, bu sorun kısa süre içinde
ortadan kalkacağa benziyor.
Ayşegül Yılmaz
Kaynak:
Bilim ve Teknik Dergisi
www.biltek.tubitak.gov.tr
Bu yazı, Bilim ve Teknik dergisi Genel Yayın
Yönetmeni Raşit Gürdilek'in onayı ile yayınlanmaktadır.
|
