ENGELLİLERİN
UZUVLARININ İŞLEVLERİNİ GERİ KAZANDIRMA
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.
Bilim Ve Teknik Dergisi
