Beyin Aktivitesinden Görüntü Çıkarımı: Farelerin Görsel Dünyası 10 Saniyelik Videolarla Yeniden Canlandırıldı

Bilim dünyası, farelerin beyin dalgalarından sadece sinir hücresi aktivitesini okuyarak izledikleri sahneleri yeniden yaratabildiklerini duyurduğunda heyecan patlaması yaşadı. University College London (UCL) Laboratuvarı'ndan Dr. Joel Bauer ve ekibi, görsel korteksin mikroskobik ölçekte kaydedilen sinir aktivitesinden 10 saniyelik video klipler üretebildi. Bu bulgu, görsel bilgilerin beyin içinde nasıl kodlandığını ve gerçekliğe dönüştüğünü anlamak için yeni bir yöntem sunuyor.

Çalışma, eLife dergisinde yayımlandı ve farelerin gözlerinden gelen sinyallerin beyin içinde nasıl bir iç temsil oluşturduğunu inceleyen yılların birikimini bir adım öteye taşıyor. Araştırmacılar, önceki insan odaklı fMRI çalışmalarından farklı olarak, farelerde tek tek nöronların aktivitesini kaydederek çok daha detaylı bir veri seti elde etti. Bu tek hücre ölçümleri, görsel girdinin beyin içinde nasıl bir harita oluşturduğunu pikselleşmiş bir düzeyde gözlemleme imkânı sağladı.

Deneysel süreçte, farelere çeşitli videolar gösterilirken görsel korteksindeki nöronların kalsiyum seviyeleri mikroskobik görüntüleme yöntemiyle izlendi. Elde edilen sinir aktivitesi, 2023 Sensorium Competition’da geliştirilen dinamik sinir kodlama modeliyle birleştirildi. Model, bir fare boş bir ekrana baktığında nöronların nasıl tepki vereceğini tahmin ediyor ve bu tahmin ile gerçek aktivite arasındaki farkı hesaplıyor. Bu fark, başlangıçta boş bir video karesine uygulanarak piksel piksel güncelleniyor; her adımda yeniden oluşturulan video, fareye gösterilen gerçek video ile daha da örtüşüyor.

Modelin eğitilmesinin ardından, fareye daha önce modelin eğitim setine dahil edilmemiş bir video gösterildi. Sadece o anki sinir aktivitesine dayanarak sistem, 10 saniyelik bir klibi yeniden oluşturdu ve ortaya çıkan video, orijinal sahneye yüksek bir benzerlik gösterdi. Dr. Bauer, "Bu yöntemle 10 saniyelik video kliplerin yüksek kalitede yeniden inşasını başardık. Daha fazla nöron verisi eklendikçe doğruluk arttı, bu da kapsamlı sinir verisinin önemini ortaya koyuyor" dedi.

Yeniden oluşturulan videoların kalitesi, piksel korelasyonu adı verilen bir metrikle ölçüldü; bu yöntem, orijinal ve yeniden oluşturulan videolardaki aynı konumdaki pikselleri karşılaştırıyor. Sonuçlar, zamanlama açısından sadece küçük farklar gösterdi, ancak çözünürlük ve sahnenin kapsadığı alan bakımından geliştirme potansiyeli olduğu vurgulandı. Araştırmacılar, gelecekte daha keskin ve geniş alanlı yeniden yapılandırmalar için veri toplama tekniklerini iyileştirmeyi hedefliyor.

Bu bulgu, görsel algının sadece dış dünyayı kaydetmekten ibaret olmadığını, beynin sürekli olarak gelen bilgiyi yorumladığını, filtrelediğini ve yeniden şekillendirdiğini gösteren bir adım daha. UCL ekibi, bu yöntemi kullanarak beynin iç temsilinin gerçek dünyadan ne kadar farklılaştığını incelemeyi planlıyor. Görsel sistemin bu dinamik dönüşümünü anlamak, hem nörobilim hem de yapay zeka alanlarında yeni modellerin geliştirilmesine ışık tutabilir.