O BEN MİYİM?

Beyin Sinyalleri ve Kimlik

üzerine Bir Derleme

Safa Andaç

Klinik Fizyoloji ve Deneysel Duyu Fizyolojisi Birimi

Göz Kliniği

Otto-von-Guericke Üniversitesi

Magdeburg DE

Beyin sinyalleri beni mi temsil ediyor?

 

Mevcut teknolojiler

  • Insanlarda Beyin Okuma Teknolojileri
  • Hayvan Modellerinde İleri Teknikler

 

Algısal Yansımaları

EEG (Elektroensefalografi)

EEG cap with gel-based electrodes inserted. Photo by Chris Hope, made available by Tim Sheerman-Chase at [29] through CC BY 2.0 license

  • Kortikal yüzey elektriksel aktivitesi (1-100 Hz)
  • P300 potansiyeli ile dikkat ve tanıma süreçleri
  • Duygusal durumlar (alfa, beta, gamma dalgaları)

EEG (Elektroensefalografi)

  • Retinal fotoreseptor yanıtları 
  • Pattern ERG (PERG): Ganglion hücre aktivitesi
  • Multifocal ERG: Lokal maküla fonksiyon haritalaması

ERG (Elektroretinotografi)

  • Bireysel EEG imzaları (80-95% doğruluk)
  • ERG'de kişiye özel retinal yanıt profilleri
  • Görsel işlemleme bireysel özellikleri
  • Gerçek zamanlı sürekli monitoring
  • Düşük maliyet, taşınabilirlik

Güvenlik

Sınırlar

  • Düşük uzaysal çözünürlük (EEG)
  • ERG'de retinal hastalık durumlarına hassasiyet
  • Harekete karşı düşük tolerans
  • Kişilerarası değişkenlik

 fMRI (Fonksiyonel Manyetik Rezonans Görüntüleme)

  • BOLD sinyali ile beyin aktivitesi haritalaması
  • Default Mode Network analizi
  • Görev-spesifik aktivasyon paternleri
  • Bağlantısal ağ analizleri

Yüksek Alan Güçlü fMRI (3T vs 7T)

  • 3T: Klinik rutin, ~1-2 mm³ çözünürlük
  • 7T: Ultra-high field, ~0.5-1 mm³ çözünürlük
  • Ocular dominance column mapping
  • Laminar-specific cortical aktivasyon
  • Individual retinotopic mapping

Güvenlik

  • Yüksek uzaysal çözünürlük (7T'de ~0.5 mm³)
  • Derin beyin yapıları görüntüleme
  • Bireysel beyin "parmak izi" desenleri
  • Kişiye özel görsel korteks organizasyonu
  • High-field fMRI ile gelişen discriminative power

Sınırlar

  • Düşük temporal çözünürlük (2-3 saniye)
  • Yüksek maliyet ve karmaşıklık
  • Hareket hassasiyeti

Deep Brain Stimulation (DBS) ve İnvaziv Teknikler

  • Lokalize derin beyin yapılarına elektrod yerleşimi
  • Gerçek zamanlı local field potential (LFP) kayıtları
  • Subtalamik nucleus, globus pallidus, thalamus erişimi
  • Adaptive DBS ile closed-loop stimülasyon

Güvenlik

  • Derin beyin devrelerinin direkt monitoring'i
  • Motor kontrol ve bilişsel fonksiyonların modulasyonu
  • Parkinson, distoni hastalarından elde edilen veriler
  • İnsan beyninde gerçek zamanlı neural decoding
  • Davranış ve kognitif durumların direkt etkilenebilmesi

Sınırlar

  • Yüksek risk ve maliyet
  • Sadece medikal endikasyonlarda kullanım
  • Sınırlı hasta populasyonu
  • Etik ve güvenlik sorunları

Optogenetik Yaklaşımlar

  • Işık-duyarlı protein ekspresyonu (ChR2, Halorhodopsin)
  • Spesifik nöron popülasyonlarının kontrolü
  • Gerçek zamanlı nöral aktivite manipülasyonu

Güvenlik 

  • Nöral kod çözümleme potansiyeli
  • Bellek manipülasyonu teknolojik altyapısı
  • Davranış kontrol mekanizmalarının anlaşılması

Kemogenetik Yaklaşımlar

  • İlaç-aktive edilebilir reseptörler
  • Uzun süreli, geri dönüşümlü nöral modulasyon
  • Belirli hücre tiplerinde selektif aktivasyon/inhibisyon

Kemogenetik Yaklaşımlar

  • Reward sistemi manipülasyonu
  • Anksiyete ve depresyon modelleri
  • Kognitif fonksiyonların modülasyonu
  • Circadian ritim kontrolü

Sınırlar

  • Nöral devre işlevselliğinin derinlemesine anlaşılması
  • Farmakolojik müdahale potansiyelleri
  • Davranışsal kontrolün mümkün sınırları

Sonuçlar

  • Nöral aktivite paternleri
  • Fizyolojik yanıt profilleri
  • İstatistiksel korelasyonlar
  • Bireysel biyometrik imzalar

Teknolojik Sınırlar

  • Signal-to-noise oranı sorunları
  • Bireysel varyasyon
  • Zamansal/uzamsal çözünürlük sorunu
  • Bağlama karşı duyarlılık

Bilgi vs. Bilgi (Knowledge) Problemi

  • Ham veri ≠ Anlamlı bilgi
  • Yorumlama katmanlarının karmaşıklığı
  • Subjektif deneyimin objektif ölçümü sorunu
  • Algoritmaların önyargı ve sınırları

Nörogüvenlik(?)

  • Kısmi başarı: Temel durum tespiti mümkün
  • Tam zihin okuma: Henüz bilim kurgu
  • Etik ve güvenlik çerçeveleri gerekli

Nörogüvenlik(?)

  • Çok-modal beyin görüntüleme teknikleri
  • Makine öğrenmesi algoritmalarının geliştirilmesi
  • Bireysel varyasyonun modellenmesi
  • Etik standartların oluşturulması

Noroguvenlik

By Safa Andac

Noroguvenlik

  • 9