Beyin, Eşyaların Dokusuna Nasıl Tepki Veriyor?

Ellerimiz ve parmak uçlarımız maddelerin dokusunu algılama konusunda çok hassastır. Mesela pürüzlü bir zımpara kağıdını pürüzsüz bir camdan çok kolayca ayırt edebiliriz. Bununla beraber ipeğin kayganlığı, pamuğun yumuşaklığı gibi eşyanın dokusuyla ilgili de birçok farklı ayrıntıyı algılayabiliriz. Eşyanın dokusuyla ilgili bu bilgiler derimizdeki sensörlerle algılanır. Ve sinirler vasıtasıyla beynin dokunma duyusunu algılayan somatosensör kortekse gelir. Chicago Üniversitesi Nörobilimcilerinin son araştırması gösteriyor ki beynin bu alanındaki nöronlar deriden gelen bilgiyi işlerken farklı yüzeylere farklı tepkiler oluşturuyor. Ve beyinde dokunun çok boyutlu bir gösterimini oluşturuyor. Çalışmanın kıdemli yazarlarından Chicago Üniversitesi doçenti SlimanBensmaia “Objeleri kaba, yumuşak, katı gibi basit terimlerle ifade edebiliriz. Ayrıca kadifemsi, pamuksu, tüylü gibi de nitelendirebiliriz.” diyor ve ekliyor “Maddenin dokusunu tarif etmek için kullanabileceğimiz sıfatların çeşitliliği, zengin bir duyu alanın varlığını gösteriyor. Elbette bunu yorumlamak için gereken nöral alan da zengin olmalıdır.” Çalışma geçtiğimiz hafta Ulusal Bilimler Akademisi Bildirisi(PNAS)nde yayınlandı. Dr.Bensmaia, dokunma duyusunun beyin ve sinir sistemi tarafından nasıl yorumlandığı konusunda önde gelen uzmanlardan. Bundan önce yine PNAS’da 2013 tarihli çalışmada Dr.Bensmaia’nın laboratuvarı farklı tür sinir liflerinin değişik dokulara nasıl tepki verdiğini gösterdi: Bazı sinirler pürüzlü dokuların uzaysal durumlarına yanıt verir(Braill alfabesine dokunduğumuzda hissettiğimiz çıkıntılar gibi). Diğerleriyse derinin pürüssüz dokuya sürttüğünde oluşan titreşimlere yanıt verir(Günlük hayatımızda genellikle bu tip nesnelerle karşılaşırız).

Çalışmada Bensmaia ve meslektaşlarızımpara, kumaş ve plastik gibi farklı yüzeylere sahip bir döner silindir kullandılar. Sonrasında silindiri somatosensör sistemleri insanlarınkine çok benzeyen “RhesusMacacus” maymunlarının parmak uçlarında döndürmeye başladılar. Ve araştırmacılar maymunların sinirlerindeki cevapları kaydettiler. Akademisyen JustienLieber liderliğinde yapılan bu yeni çalışma için araştırmacılar aynı dokulara karşılık gelen yanıtları, maymunların somatosensör alanlarına implante edilen elektrotlarla doğrudan beyinden ölçtüler. Elde edilen yeni veriler nöronların her tür dokuya kendine özgü yanıtlar verdiğini gösterdi. Örneğin bazı nöronlar dokuların kaba kısımlarına tepki verir.Diğerleriyse yüzeyin girintili çıkıntılı olması gibihassas özelliklere veya bu iki özelliğin farklı kombinasyonlarına tepki verir. Bensmaia ve Lieber şimdiye kadar en az 20 değişik tip tepki modeli tanımladılar. Bensamia “Bu modellerin bazıları pürüzlülük ve uzaysal şekli gibi anlayabileceğimiz özellikleri gösteriyor. Fakat daha sonra cilt deformasyonu ciltteki titreşimlerle birleştiğinde modeller soyutlaşıyor ve tanımlaması zorlaşıyor.” diyor.

Dokunun bu daha soyut özellikleri, farklı iplik sıklığına sahip çarşafları ayırt etmeye yarıyor. Araştırmacılar 55 farklı dokuya ait tepkileri kaydettiler ve Bensmaia,hangisinin sadece beyinde oluşturulan aktivite modeline bakılarak kullanıldığını söyleyebildiğini iddia ediyor. “Kadife belli bir nöron alt popülasyonunu diğerlerinden daha çok uyarırken zımpara kağıdı gelen farklı bir grubu uyarır. Bu yanıtların çeşitliliği, duyumların zenginliğine olanak sağlar.” diyor. Beynin uzuvlardaki hareketi nasıl yönlendirdiğini inceleyen organizmal biyoloji ve anatomi profesörü olan Bensmaia ve NichoHatsopoulos ayrıca beyin kontrollü robot protezler oluşturmak için araştırmalara öncülük etmişlerdir. Bu protezlerin çalışma prensibi, beynin hareketleri kontrol eden alanı ve somatosensör kortekse implante edilen elektrotlara dayanıyor. Protezli hasta kendi kolunu hareket ettirmeyi düşündüğünde elektrotlar bu nöronların aktivitesini alıyor ve robotik kolu buna göre hareket ettiriyor. Ayrıca protez el, parmakların dokunma hissini alması gibi, dokunma duyusunu algılayan sensörler ile donatılmıştır. Bunlar beynin uygun alanlarını uyaran elektrik sinyalleri üretiyor.

Teorik olarak, aynı teknikle dokuları da tekrar algılayabilmek mümkün. Ama Bensamia, yapılan son çalışmanın gösterdiği üzere bunun ne kadar zor bir iş olduğuna dikkatleri çekiyor. Parmak ucundaki herbir nokta somatosensör kortekste çok açık tanımlı bir alanda temsil ediliyor. Bu yüzden her dokunuş için doğru noktayı uyarmak daha kolay oluyor. Fakat somatosensör kortekste doku girdilerine tepki veren nöronlar birbirine karışır. Örneğin bir zımpara kağıdına ya da laptopunuzun plastik klavyesine tepki oluşturan sınırları belirli bir nöron bölgesi yoktur. Elektriksel uyarımla dokusal duyum oluşturmak oldukça zor olacak. Çünkü bu iş için birlikte çalışan belli bir nöron ünitesi yok. Bu üniteler nöroprotezi uygulamayı zorlaştıracak şekilde karışık. Ama bu çalışma aynı zamanda doku algısındaki zengin duyu karmaşasını anlamlandırmada bir ilk adım niteliği taşıyor. “Primatların somatomotor kortekslerindeki dokunun çok boyutlu temsili” adlı bu çalışma Ulusal Nörolojik Hastalıklar ve İnme Enstitüsü tarafından desteklendi.
Çeviri: Mehmet Akif Şakiroğlu
Kaynak: https://www.sciencedaily.com/releases/2019/02/190208124705.htm