Görülen yüz ile bastırılan yüz: beyin ikisi arasında saniyede 15 kez gidip geliyor

Bulgunun önemi, sinirbilimin en eski sorularından birine farklı bir yerden yaklaşmasında. Onlarca yıldır araştırmacılar bilincin beyinde nerede oluştuğunu arıyor. Bu çalışma ise cevabın bir kısmının ne zaman sorusunda saklı olabileceğini öne sürüyor.

İki göz, tek görüntü: "göz yarışı" nedir?

İki gözümüz normalde aşağı yukarı aynı şeyi görür ve beyin bu iki görüntüyü birleştirir. Ama iki göze birbiriyle hiç uyuşmayan iki resim gösterilirse beyin bunları kaynaştıramaz. Bunun yerine biri bilince çıkar, öteki bastırılır; bir süre sonra roller kendiliğinden değişir. Bu olaya İngilizcede binocular rivalry, Türkçede iki göz yarışı ya da dürbünsel çekişme deniyor.

Bilim insanları için bu olayın değeri şu: Göze giren ışık hiç değişmediği hâlde bilinçte görülen şey değişiyor. Dolayısıyla beyindeki etkinlikte görülen bir farkı uyarana değil, doğrudan bilince bağlamak mümkün oluyor. Kendiliğinden gerçekleşen bu el değiştirmeler yavaştır; ön baskıda verilen değere göre saniyede yaklaşık yarım kez. Hesse ve ekibinin kullandığı "flaşla bastırma" yöntemi ise, J. M. Wolfe'un 1984'te tanımladığı bir düzenek, değişimi araştırmacının denetimine sokuyor: Bir göze uzun süre gösterilen resim, öbür göze aniden verilen yeni resim karşısında bastırılıyor.

Eski bir bilmece: nöronlar neden kararsız konuşuyor?

1980'lerin sonundan beri yapılan deneyler, iki göz yarışında nöronların bilinçte görülen resme göre etkinliğini değiştirdiğini gösteriyor: Yüzleri evlere tercih eden bir hücre, yüz görüldüğünde daha çok ateşleniyor. Ama bir sorun hep vardı. Bu fark, aynı iki resmin tek tek, yarış olmadan gösterildiği durumdakinden çok daha zayıf kalıyordu. Üstelik Hesse ve Tsao'nun 2020'de eLife dergisinde yayımladığı önceki çalışma, bilinçten silinmiş resmin de görme kabuğundaki etkinlikten okunabildiğini göstermişti.

Yani beynin hiçbir bölgesinde "yalnızca bilinçte olanı" taşıyan temiz bir sinyal bulunamamıştı. Bu boşluk, bilincin beynin ön tarafında mı yoksa arka tarafında mı doğduğu tartışmasını da besliyor. Ön baskıda da anıldığı gibi, Küresel Nöronal Çalışma Alanı gibi kuramlar ön beyni, Bütünleşik Bilgi Kuramı gibi kuramlar arka bölgeleri işaret ediyor; bu iki kuramı karşı karşıya getiren ve 2025'te Nature'da yayımlanan COGITATE ortak deneyi de kesin bir yer gösterememişti.

Deney: iki makak, yüzlerce nöron, 1.500 yüz

Ekip deneyi iki rhesus makağıyla yaptı. Önce fonksiyonel MR ile beyinde yüzlere özellikle tepki veren küçük bölgeler, yani "yüz yamaları" bulundu. Ardından bu bölgelere Neuropixels adlı sondalar yerleştirildi. Neuropixels, saç teli inceliğinde bir şaft boyunca dizilmiş çok sayıda kayıt noktası taşıyan bir elektrot; tek sondayla yüzlerce nöronun ateşlenmesini aynı anda dinlemeye yarıyor. Ön baskıdaki örnek bir denemede 429 hücre aynı anda kaydedilmiş.

Kayıtlar dört bölgeden alındı: görmenin üst basamaklarındaki alt şakak kabuğunda (inferotemporal korteks) iki yüz yaması ile alın lobunun ön kısmındaki (prefrontal korteks) iki yüz bölgesi. Maymunlar başları sabitlenmiş hâlde ekrana baktı ve bakışlarını ekranın ortasındaki noktada tuttukları için meyve suyuyla ödüllendirildi. Ekip yüz hücrelerinin tam olarak hangi yüz özelliklerini kodladığını haritalamak için flaşla bastırma düzeneğinde 1.500 yüz gösterdi.

Maymunlar ne gördüklerini söyleyemediği için düzenek önce 14 gönüllüde sınandı. Gönüllüler bir düğmeyle hangi gözdeki resmi gördüklerini bildirdi. Yeni beliren resim yarış denemelerinin yüzde 82'sinde görüldü olarak bildirildi; karşılaştırma için, tek başına gösterilen ve karışıklığa yer bırakmayan resimde bu oran yüzde 87'ydi.

10 milisaniyelik dilimlerde hangi yüz konuşuyor?

Asıl yenilik çözümlemede. Araştırmacılar her yüzün tek başına gösterildiğinde nöron topluluğunda bıraktığı "imzayı" çıkardı. Sonra yarış sırasındaki kaydı 10 milisaniyelik dilimlere bölüp her dilim için şunu sordu: Bu ateşlenme deseni hangi yüzün imzasına daha çok benziyor? Analiz, yeni yüzün belirmesinden sonraki 300 ile 1.000 milisaniye arasına, yani insanların yalnızca yeni yüzü gördüğünü bildirdiği aralığa odaklandı.

Ortaya çıkan tablo iki durum arasında sürekli gidip gelen bir topluluktu. Birinci durumda nöronlar bilinçte görülen yüzü, ikinci durumda bastırılan yüzü taşıyordu ve iki durum zamanın aşağı yukarı yarısını paylaşıyordu. Saklı Markov modeli denen, gözlenen verinin arkasındaki gizli durumları tahmin eden istatistik yöntemle bakıldığında, durumların ortanca kalma süresi birincisi için 64, ikincisi için 59 milisaniye çıktı. Saniyede 15 sayısı buradan geliyor: Gözle fark edilen el değiştirmelerden 30 kat kadar hızlı bir değişim.

Ekip her durumdaki etkinlikten yüzü yeniden çizmeyi de denedi. Birinci durumdan çizilen yüzler bilinçte görülen yüze, ikinci durumdan çizilenler bastırılan yüze benziyordu. Tüm zamanın ortalamasından çizilen yüz ise ikisinin karışımıydı; önceki çalışmalarda neden hep zayıf bir sinyal çıktığını da bu açıklıyor olabilir. Tek tek denemelerde, on yüz arasından hangisinin temsil edildiğini bulmaya çalışan bir çözücünün başarısı şöyleydi:

Tablo ön baskıdaki on oturumluk özet verilerden derlendi. İkinci durumda tablo tersine dönüyor ve bastırılan yüz çok daha iyi okunuyor.

Aynı nöronlar, iki ayrı iş

İki ayrı hücre grubu, biri bilinçli biri bilinçsiz içerik için, nöbetleşe çalışıyor olabilirdi. Ön baskıya göre öyle değil: Aynı nöronlar bir nöbette görülen yüzü, sonraki nöbette bastırılan yüzü temsil ediyor. İki nöbet yine de birbirinin aynısı değil. Bilinçli nöbetlerde hücrelerin yüz özelliklerine ayarlanması daha güçlü, ve basit bir doğrusal çözücü bir anın bilinçli mi bastırılmış mı olduğunu güvenilir biçimde ayırt edebiliyor. Alın lobundaki bölgelerden alınan kayıtlar da nitelik olarak aynı deseni gösterdi.

Ekibin ön baskının girişinde yazdığı cümle konuyu özetliyor: "Herhangi bir anda beynin etkinliğinin yalnızca bir kısmı bilinçli farkındalığa ulaşır; geri kalanı hiç deneyimlenmeden işlenir." Yazarların vardığı sonuç ise bilince erişimin yalnızca doğru bölgede olmakla açıklanamayacağı, zaman içinde bir ayıklama gerektirdiği.

Beyin ritimleri ve bu çalışmanın yeri

Beyinde milyonlarca nöronun birlikte, dalgalar hâlinde ateşlenmesine salınım ya da beyin ritmi deniyor. EEG ile kafa derisinden ölçülen bu dalgaların hızı hertz cinsinden, yani saniyedeki tekrar sayısıyla ifade ediliyor. Yeni çalışmadaki 15 sayısı ise bir EEG dalgasının frekansı değil; nöron topluluğunun bir temsilde ortalama ne kadar kaldığından hesaplanan bir değişim hızı.

Yazarlar yine de bulguyu ritimle ilgili başka çalışmalara bağlıyor. Dikkatin sabit bir ışık huzmesi gibi değil, sırayla açılıp kapanan zaman pencereleri gibi çalıştığını öne süren "ritmik dikkat" kuramı bunlardan biri. Çalışma belleğinde bilginin kısa beta ve gama patlamaları hâlinde ifade edildiğini gösteren çalışmalar ve hayvanların ortam değiştiğinde hipokampustaki iki ayrı yer haritası arasında teta ritmiyle gidip gelmesi de anılıyor. Ekibe göre zamanı bölüştürmek, aynı nöronların birden fazla şeyi taşımasının genel bir yolu olabilir.

Bulgunun sınırları

• Ön baskı: Çalışma bağımsız hakemlerin incelemesinden henüz geçmedi.
• İki hayvan: Sinir kayıtları yalnızca iki makaktan geliyor.
• Bildirim yok: Maymunlar ne gördüklerini bildirmedi; neyin bilinçte olduğu, aynı düzeneğe bakan 14 gönüllünün bildirimlerinden çıkarılıyor.
• Döngüsel çözümleme riski: Yazarlar, durumları belirlemek ve o durumlarda ne temsil edildiğini ölçmek için aynı veriyi kullanmanın sonuçları yapay olarak güçlendirebileceğini kendileri yazıyor. Bu yüzden nöronları ikiye bölüp durumları bir yarıdan bulup yüzü öbür yarıdan çizdiler; ayrım bu sınamada da sürdü.
• Uyarılmışlık dalgalanmaları: Nöron topluluklarının genel ateşlenmesi zaten "açık" ve "kapalı" dönemler arasında inip çıkıyor. Ekip iki durumun bu dalgalanmayı yansıtmadığını ayrı bir sınamayla gösterdiğini belirtiyor; bu dönemlerin ayrıntısını ise ayrı bir makalede ele alacaklarını söylüyor.
• Dar bir pencere: Ölçülen şey, yüz bölgelerinde hangi yüzün temsil edildiği. "Beyin iki gerçeklik arasında gidip geliyor" yorumu, bu ölçümün geniş bir okuması.

Sırada ne var?

Yazarların kendi açık sorusu şu: Bazı nöbetlerdeki temsiller neden bilince ulaşıyor da ötekiler ulaşmıyor? Ön baskıda dile getirilen bir olasılık, bilinçli nöbetlere ait bir işaretin o içeriği konuşma, iç gözlem ve davranışla ilgili ağlara yönlendirmesi. Bu yönlendirmeyi görme kabuğunun kendi içindeki geri beslemeler ya da parietal kabuk ve talamustaki pulvinar çekirdeği gibi üst bölgeler yönetiyor olabilir.

Ekip bir de kendi deyişiyle spekülatif bir fikir ortaya atıyor: Bastırılan nöbetler, beynin gördüğü şeye dair alternatif yorumları dışarıya duyurmadan denediği bir prova alanı olabilir. Bilinçli nöbetler ise o an geçerli kabul edilen "çalışma hipotezini" taşıyor olabilir. Bu fikrin sınanması, bu geçişleri hangi devrelerin yönettiğini bulmaya bağlı.

Fotoğraf: Adhish dulal, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons