Anestezi Altındaki Beyin Dil İşlemeyi ve Sözcükleri Önceden Tahmin Edebiliyor

Genel anestezi altında kişi tamamen bilinçsiz olsa da, beyninin dil işleyebileği, örüntüleri tanıyabileceği ve gelecek sözcükleri tahmin edebildiği ortaya çıktı. Baylor Tıp Fakültesi araştırmacıları, bilincin düşünme ile arasındaki ilişkiye dair geleneksel varsayımları sarsan bulguları Nature dergisinde yayımladı.

Kaynakta belirtildiğine göre, araştırmaya liderlik eden ve aynı zamanda Baylor St. Luke’s Medical Center’da nörocerrah olan Dr. Sameer Sheth, “Bulgularımız, beyninin bilinçsizlik sırasında daha önce düşünüldüğünden çok daha aktif ve yetenekli olduğunu gösteriyor. Hastalar tamamen anestezi altındayken bile beyinlerleri çevreledikleri dünyayı analiz etmeye devam ediyor” dedi.

Araştırmacılar, epilepsi cerrahisi geçiren hastaları genel anestezi altında inceledi. Bu durum, öğrenme ve hafıza için kritik rol oynayan ve temporal lob içinde yer alan hippocampusu incelemek için olağanüstü bir fırsat sundu. Hippocampus bilgiyi düzenler ve yeni hatırların oluşumunda önemli işlev görür.

Ekip, hippocampustan yüzlerce bireysel nöronun elektrik sinyallerini izlemek için Neuropixels adlı gelişmiş kayıt aletlerini kullandı. Bu küçük prob’lar aynı anda çok sayıda sinir hücresinden aktivite algılayabilir ve nöron gruplarının bilgiye tepkisine dair detaylı bir resim sağlar. Araştırmacıların belirttiği gibi, bu teknoloji daha önce bu beyin bölgesini böyle incelemek için kullanılmamıştı; hastalar bilinçsizken ve deneyimlediklerini rapor edemezken hippocampusun seslere ve dile tepkisini inceleme imkanı verdi.

İlk denemede, ara sıra diğerlerinden farklı bir seste kesilen tekrarlayan tonlar çalındı. Hastalar anetezi altında olsa da, hipokampustaki nöronlar beklenmedik seslere farklı tepki verdi. Daha da şaşırtıcı olanı, beyin hücrelerinin deney ilerledikçe bu alışılmadık tınları ayırt etmede daha iyi hale gelmesiydi. Bu gelişme, hipokampusun nöroplastisite gösterdiğini işaret etti; yani öğrenmeyle ilişkilendirilen temel süreçlerden bazılarının bilinçsiz farkındalık olmadan bile aktif kaldığı görülüyor.

Araştırmacılar ardından bilinçsiz beyninin basit seslerden daha karmaşık bir şeyle baş edip edemeyeceğini test etti. Anetezi altındaki hastalara kısa hikayeler çalınırken hipokampustaki nöronlardan kayıt almaya devam edildi. Sonuçlar şaşırtıcı düzeyde bir dil işleyişine ışık tuttu. Ad, fiil ve sıfat gibi farklı sözcük kategorileri hakkında bilgi içeren ayrıcal neural örüntüler bulundu; bu da hipokampusun seslerin gerçekleştiğini algılamaktan ziyade dilin anlamlı özelliklerine tepki verdiğini gösteriyor.

En dikkat çeken bulgu ise bir adım ileri gitti. Araştırmacılar, neural aktivitenin aynı zamanda bir cümledeki gelecek sözcükleri tahmin etmek için kullanılabilecek bilgi taşıdığını tespit etti. Hastalar bilinçsiz olsa da, beyinlerleri çevreledikleri dilin nasıl devam edebileceğini öngörüyor gibiydi.

“Beynin hikayedeki sonraki adımı, bilinç farkındalık olmadan bile öngördüğü görülüyor” diyen Sheth, aynı zamanda Texas Children’s Hastanesindeki Duncan Neurological Research Institute içindeki Gordon ve Mary Cain Pediatrik Nöroloji Vakfı Laboratuvarlarının müdürü olduğunu belirtti.

Bu yetenek, prediktif kodlama olarak bilinen bir süreçle ilişkilidir. Beynin bilgiyi pasif şekilde almaktansa, ne olabileceğini öngörmek için sürekli örüntüleri ve önceki deneyimi kullandığı bu süreçte, biri konuşurken dinlerken daha önce duyulan sözcüklerin ardından muhtemel olandan beklentiler oluşturabilir. Bilim insanları genellikle bu tür karmaşık tahmini uyanık ve dikkatli kişilerde incelerdi; genel anestezi sırasında buna kanıt bulunması, en azından bazı alt yapısal nöroprosessinler bilinç farkındalığından bağımsız biçimde işleyebilir.

“Bu prediktif kodlama türü, uyanık ve dikkatli olmayla ilişkilendirdiğimiz bir şeydir; ancak burada bilinçsiz bir durumda gerçekleşiyor” diyen Dr. Benjamin Hayden, Baylor’da nörocerrah profesörüdür.

Bulgular, bilincin aslında beyinin bilgi işlem yeteneğine ne kattığı konusunda önemli soruları gündeme getiriyor. Bilinç genellikle duyma, düşünme ve çevreledikleri dünyayı anlama gibi öznel farkındalıkla ilişkilendirilir; ancak çalışma, dil yorumlama ve gelecekle ilgili öngörüde bulunan bazı nöroprosessinlerin bu farkındalık ortadan kalktığında bile devam edebileceğini işaret ediyor.

Bu, anetezi altındaki hastaların çalınan hikayeleri bilinçli biçimde anladığı anlamına gelmiyor. Bunun yerine, beyninin bir kişinin bundan haberi olmadan oldukça karmaşık dil işleyiş öğelerini gerçekleştirebileceğini gösteriyor. Bu ayrım, bilincin nasıl ortaya çıktığını daha iyi anlamaya yardımcı olabilir.

Bir olasılığa göre farkındalık yalnızca bireysel beyin bölgelerinin aktif olup olmamasından değil, bilginin beyin bölgesinin büyük ağları arasında nasıl koordine edilip paylaşıldığından kaynaklanır. Bu görüşe göre, hipokampus gibi bir yapı; bilinçli deneyim için gereken daha geniş beyin bölgeleri arasındaki iletişimin kesintiye uğradığında bile bilgileri analiz etmeye devam edebilir.

Bulgular aynı zamanda insan beyni aktivitesiyle yapay zeka (AI) arasında dikkat çeken benzerliği de ortaya koyuyor. Büyük dil modelleri, modern AI sohbet botlarının ardındaki teknoloji, gelecek ne gelmesi gerektiğini öngörmek için muazzam miktarlarda veri örüntülerini kullanarak metin üretir. Araştırmacılar hipokampusta da buna benzeyen bir prediktif yetenek gözlemledi; bilinçsizlik sırasında bile neural sinyaller gelecekteki sözcükler hakkında bilgi yansıtıyordu. Biyolojik beyinlerle AI modelleri temelden farklı biçimlerde işlese de, ikisi de dildeki örüntüleri kullanarak gelecekle ilgili öngörüde bulunabilir; bu benzerliklerin incelenmesi tahminin doğal ve yapay sistemlerde nasıl çalıştığını daha iyi anlamaya yardımcı olabilir.

Bulgular aynı zamanda beyin-bilgisayar arayüzleri için pratik sonuçlar doğurabilir; bu arayüzler dış aygıtlarla iletişim kurmak için beyinden kaydedilen sinyalleri kullanır. Olası başvurulardan biri, konuşma protezidir; travma veya nörolojik durumların konuşma yeteneğini bozduğu kişilerle iletişimi desteklemek üzere tasarlanan teknolojilerdir.

Bilim insanları beyindeki anlamlı dil sinyallerini güvenilir biçimde belirleyebildiklerinde, bu sinyallerin bir gün konuşma yeteneğini kaybeden hastalar için iletişim teknolojilerini desteklemesi mümkün olabilir. “Bu sinyalleri kullanıp da hasar gören ya da travmaya uğrayan beyinin bazı bölümleri için bir konuşma protezi çalıştırabilir miyiz? Bunlar, artık bu beyin bölgesi açısından değerlendirebileceğimiz sorular” diyen Dr. Vigi Katlowitz, araştırmanın ilk yazarı ve Baylor’da nörocerrah asistanıdır.

Çarpıcı sonuçlara rağmen araştırmacılar birkaç sorunun hala yanıtlanmadığını vurguluyor. Denemeler tek bir genel anestezi türünde gerçekleştirildiği için bulgular otomatik olarak diğer anestezik yöntemlere veya bilinçsizlik durumlarına genişletilemez. Uykuda veya komada benzer dil işleyişinin olup olmadığı da belirsizdir; ikisi de tıbbi biçimde uyarılmış bilinçsizliktan önemli ölçüde farklıdır.

Başka bir önemli sınırlama, araştırmacıların hipokampusa odaklanmasıydı. Benzer yeteneklerin diğer beyin bölgelerinde kalıp kalmadığı ve bilinçsizken bu bölümlerin nasıl etkileştiğini belirlemek için daha fazla çalışmaya ihtiyaç vardır.

Yine de sonuçlar, bilinçsizliğin mutlaka beyninin karmaşık bilgi işlemeyi durdurduğu anlamına gelmediğine dair ikna edici kanıt sağlar. Bunun yerine beyin; bir kişinin çevresindeki dünyadan hiçbir bilinçlı farkındalığı olmasa bile örüntüleri analiz etmeye, beklenmedik olaylara tepki vermeye ve dili öngörmeye devam ediyor olabilir.

“Bu çalışma bizleri bilinçli olmanın ne anlama geldiğini yeniden düşünmeye iter. Beyninin sahne arkasında tamamen anlayabildiğimizden çok daha fazlasını yaptığı görülüyor” Sheth.