Duyusal algılarımız üzerinde oynama yapabilmek nasıl olurdu? Başka bir yerden kopyaladığımız resimleri beynimizdeki görme merkezine yapıştırabilmek ya da istenmeyen ağrı hissini çıkarıp atabilmek veya belleğimize var olmayan kokular ekleyebilmek gibi şeyler yapılabilir mi?

Kaliforniya Üniversitesi Berkeley Kampüsü'nde çalışan sinirbilimciler tam olarak bunları yapabilen bir ekipman geliştirmeye çalışıyor. Beyine holografik projeksiyon kullanarak, bir seferde düzinelerce ve nihayetinde binlerce nöronu etkinleştirmek ya da baskılamak, bunu her saniye yüzlerce kez yapmak ve böylece gerçek beyin etkinliği örüntülerini kopyalamak üzerinde çalışıyorlar. Bunu başardıkları takdirde, beyni kandırarak, bir şey duyumsadığını, gördüğünü ya da algıladığını sanmasını sağlayabileceklerini düşünüyorlar.

Amaç aralıksız olarak nöral etkinliği okumak ve etkinliğe dayanarak, gerçek bir beyin yanıtının örüntüsünü ve ritmini simüle etmek için hangi nöronların etkinleştirileceğine karar vermek. Böylece periferik sinir hasarının ardından yitirilen duyuların yenilenmesi ya da protez uzuvların kontrolü konusunda tekniklerin geliştirilmesi umuluyor. Ekipten Alan Mardinly, çalışmalarının nöral protezler açısından büyük potansiyele sahip olduğunu belirtiyor. Eğer beynin dilinde okuyabilir ve yazabilirsek, onunla kendi dilinde konuşabileceğimizi ve mesajımızı daha iyi anlamasını sağlayabileceğimizi ekliyor. 30 Nisan 2018 tarihli Nature Neuroscience dergisinde yayımladıkları makalede, araştırmacılar holografik beyin modülatörünü tanımlıyor. Bu cihaz, birkaç bin nöron içeren bir beyin bölgesinde, bir seferde 50 taneye kadar nöronu etkinleştirebiliyor ve bunu farklı 50 nöronluk kümelerle saniyede 300 kez kadar yineleyebiliyor.

Beyinde farklı tür bilgiler, farklı nöronların ateşlenmesi ile kodlanır; fakat zamanlama, ateşlenme hızı ve diğer nöronlarla eşzamanlılık da belirleyicidir. Dolayısıyla nöral etkinliği anlamak ve kontrol etmek için bu parametrelerin her birini kontrol edebilmemiz gerekir. İdeal deneysel teknik, büyük bir beyin dokusu hacmi üzerinden hem uzaysal hem de zamansal olarak yüksek çözünürlüğe sahip olmalıdır ve ayrıca var olan etkinliği ortadan kaldırabilmenin yanı sıra yaratabilmelidir. İki-fotonlu optogenetik, spesifik nöronları uyarmak için kullanılan bir tekniktir: Nöronlara genler yerleştirilir ve bu genler sayesinde nöronlar ışığa duyarlı proteinler (opsin) üretir. Ardından bu nöronlara ışık gönderilerek, aksiyon potansiyeli üretilir. Ancak optogenetik ile yapılan uyarımın zamanlamasının duyarlılığı, uyarılan nöron sayısı ve uyarımın konumu üzerinde kısıtlamalar vardır.

Mardinly ve çalışma arkadaşlarının geliştirdiği yeni yöntem, özel opsinler ve holografi (bir nöronun hücre gövdesinin bütününü aydınlatabilen bir teknik) kullanarak, nöral etkinliğin tam doğruluklu zamansal ve uzaysal kontrolünü sağlıyor. Bu yöntemle nöral etkinlik "yazımı" gerçekleştirilebiliyor ve eşzamanlı olarak hacimsel kalsiyum görüntüleme ile nöral etkinlik "okuması" yapılabiliyor.

Projede yer almayan Ehud Isacoff ise bu çalışmayla ilgili olarak, beyinle konuşabilme becerisinin, dejeneratif hastalıklardan ya da yaralanmalardan kaynaklanan nörolojik hasarın telafi edilmesi konusunda çok büyük bir potansiyeli olduğunu vurguluyor. Algıları insan korteksine kodlamanın, körlerin görmesine veya felçlilerin dokunuşu hissetmesine olanak tanıyacağını ekliyor.