Fizik, Beyin Kapasitesi Üzerine Sınır Koyuyor mu?

Scientific American’ın uzun yıllardır süren “Bilim Söyleşileri” programında Steve Mirsky’nin konuğu olan Douglas Fox, insanın zeka düzeyi üzerinde, fizik yasaları nedeniyle oluşan sınırlandırmalardan ..
Görsel Telif: sdecoret / Shutterstock

Scientific American’ın uzun yıllardır süren “Bilim Söyleşileri” programında Steve Mirsky’nin konuğu olan Douglas Fox, insanın zeka düzeyi üzerinde, fizik yasaları nedeniyle oluşan sınırlandırmalardan söz ederken, enerji tüketimi meselesini ve termodinamik nedenlerle ortaya çıkan gürültüyü vurgulamıştı. Nöronlardan oluşan bir beynin daha zeki olması için nöronları hızlandırmak ya da sayılarını artırmak gibi olasılıkları ele alan Fox, bunların istenen hız ve işlem kapasitesini artışını sağlayamayacağı sonucuna vardı.

Şayet hız veya işlem kapasitesi yükseltilebilseydi, gerçekten daha zeki olmayı sağlayıp sağlayamayacakları da aslında tartışmalı bir nokta. Çünkü işlem gerçekleştirme hızı ile muhakeme yeteneğinin aynı şeyler olmadığını biliyoruz. Zeka yani muhakeme yeteneği, şu anda var olan standart bilgisayarların (hepsinin IQ düzeyi sıfırdır) yapabildiği hiçbir etkinlikle ölçülemeyen bir kavram.

Evrenin maksimum hız sınırı olan ışık hızı gibi kesin bir şekilde belirlenebileceği söylenemese de, nöronlara sahip canlıların erişebileceği kuramsal bir maksimum işlem kapasitesi (Fox ile Mirsky’nin söyleşisinde doğrudan zeka düzeyi olarak söz ediliyor) olduğu ileri sürülebilir. Biz insanlar olası en yüksek düzeyde olmasak da, muhtemelen oraya epeyce yakınız. Sınırı zorlamak için neler yapabileceğimiz üzerinde kafa yoran Fox’un aklına gelen olasılıkların özetini aşağıda bulabilirsiniz.

Nöronları Hızlandırmak İçin Aksonları Genişletmek

Beyindeki nöronlar arası iletişimi hızlandırma konusunu düşünelim. Aslında biliyoruz ki, beyin, nöronların birbirleri ile konuşması sayesinde hesaplama yapıyor. Bir nöron ya da binlerce nöron birden, bir nörona bilgi gönderiyor. Bu nöron, binlerce sinapsından (sinir kavşağından) kendisine ulaşan girdilere dayanarak, ateşlenip ateşlenmemeye karar veriyor. Milyonlarca başka nöronun yaptığı gibi, başka nöronlara sinyaller gönderiyor ve bu böylece sürerken, biz de düşüncelere ve zekaya sahip olmuş oluyoruz.

Soru şu: Belirli bir zaman dilimine, bu işlemlerin daha çoğunu sığdırabilir miyiz? Bunu yapmanın bir yolu, daha geniş aksonlara sahip olmak. Akson miyelinlemiş de olsa, miyelinlenmemiş de olsa, eğer daha şişmansa, yani daha geniş bir kablo varsa, sinyaller daha hızlı ilerleyecektir.

Ama bir sorun var: Eğer aksonu büyütürsek, daha fazla yer kaplar. Bu da bazı sonuçlar doğurur. Birincisi, daha kalın bir akson, özellikle de miyelinlenmemişse, çok daha fazla enerjiye gereksinim duyar. Çünkü çok daha fazla sayıda iyon kanalının açılması gerekir; nörona çok daha fazla iyon koymak gerekir. Atımlar, yani eylem potansiyeli geçiş yaptığında, bu iyonların nörondan geri atılması gerekir. Bunu yapmak enerjiye, yani ATP moleküllerine mâlolur. Dolayısıyla bu büyük ve şişman aksondan dışarı ne kadar çok iyon pompalarsanız, o kadar çok ATP yani enerji tüketirsiniz. İkincisi, şişman aksonlar daha fazla yer kapladığından, bir milyon şişman aksona sahip olduğunuzda, beynin büyüklük sınırlarına ulaşmış olursunuz. Sinyallerin alması gereken yolu da artırmış olursunuz, ki bu da daha hızlı aksonlarla kazandığınız avantajı nötrleyici etki yapar.

Anlaşılan o ki, bizi daha zeki veya daha verimli yapar gibi geldiği için işlem hızını yani sinyallerin nöronlar üzerinden ilerleme hızını artırmak istersek, aksonları genişletmenin karşılığında bazı başka verim düşürücü bedeller ödememiz gerekiyor. Sonuç olarak da, şu an olduğundan fazlasını elde edemiyoruz.

Nöronları Artırmak İçin Beyni Büyütmek

Deneyebileceğimiz bir başka yol ise beyin büyüklüğünü artırmak olabilir. Böylece işlem kapasitesinde artış sağlayacak daha fazla nöron ekleyebiliriz. Acaba bunu yapmak ne gibi sorunlar doğurur?

Her şeyden önce, daha büyük beyin daha fazla enerji tüketir. Şu anda bile, dinlenme durumundaki bir insanın beyni, vücuda alınan kalorilerin ve solunan oksijenin yaklaşık %20’sine el koyuyor. Bir organizmanın bundan daha fazlasını, örneğin kaynakların %30’unu ya da %40’ını beyne ayırması mümkün mü?

Aslında bebekler bunu yapabiliyor. Ama bir bebeği Afrika savanalarında tek başına bırakırsanız, sonuç pek iyi olmaz. Yani beyne ayrılan kalori yüzdesini belli bir değerin üzerine çıkarmak, organizmanın hayatta kalması için gereken bedensel yetilerinin azalması anlamına geliyor. Kalorilerimizin %30’unu beyne ayırdığımızı düşünelim. Daha büyük bir beynimiz olduğuna göre, muhtemelen bedenimiz de daha büyük olacak. Biz de günde örneğin 2000 kalori yerine 4000 kalori alıyor olacağız. Ama bu kalorinin %30’u bizim yırtıcılardan kaçmamızı sağlayan kaslarımıza değil de, beyne gidecek. Ya bunu %40’a çıkarırsak? Bir noktada, aslında bunu yaparak bedenin diğer yetilerini körelttiğinizi ve hayatta kalma olasılığını düşürdüğünü görürsünüz.

Tabi bir de nöronlar uzayınca, mesajların alacağı yolun artma meselesi var; bu da her şeyi yavaşlatır. Mikro-saniye düzeyinde bir yavaşlama da olsa, nöron-kas etkinliklerinde mikro-saniyeler son derece önemlidir.

Yapay sinir ağları üzerinde çalışan kişilerin iyi bildiği gibi, sağlam kodlama için sağlanması gereken belli bir bağlantılandırma düzeyi vardır. Yani eğer bin nöronlu bir beyin varsa, her bir nöronun sadece üç tane başka nöronla konuşabilmesini sağlamakla kalamazsınız. O zaman yeterince iyi bağlantılandırmanız olmaz. Her nöronun, diğer tüm nöronların en az yarısıyla konuşabilmesi gerekir. Ama beyni büyüttükçe, daha fazla nöron eklemiş olursunuz. Bu da, nöronların fiziksel temas kurması gereken nöron sayısını yükseltir. Dolayısıyla her bir beyin hücresi daha büyük olur. Yani beyin büyüklüğünü iki katına çıkararak, nöron sayısını iki katına çıkarmış olmayabilirsiniz; çünkü iki kat daha büyük bir beyindeki nöronların büyüklüğü de artmış olur.

Daha büyük bir beynin daha fazla zeka anlamına gelip gelmediğine ilişkin yapılan araştırmalar sonucunda, asıl anlamlı oranın beyin büyüklüğü ile beden büyüklüğü arasında olduğu anlaşıldı. Şöyle ki, beden irileştikçe, beynin bedenin işleyişini sağlamaya ayırması gereken alanı da artıyor. Dolayısıyla daha iri bir canlıya zeki düşünceler için kalan kaynaklar, daha ufak bir canlıya kalandan pek de fazla olmuyor.

Nöronları Artırmak İçin Nöronu Küçültmek

Peki acaba beyin büyüklüğünü değiştirmeden, var olan alana daha fazla nöron sıkıştırmak işe yarar mı? Daha fazla nöron demek, beyinde daha fazla paralel işlem birimi olması demektir; yani bu yolla kuramsal olarak daha fazla bilgi işlenebilir. Ama bu seçenek de, iyon kanallarıyla ilgili bir sinyal-gürültü oranı sorunu doğuruyor.

Elimizdeki sabit hacme daha fazla nöron sığdırabilmek için onları küçültmemiz ve sıkıca paketlememiz gerekir. Cambridge Üniversitesi’nden Simon Laughlin, nöronların en fazla ne kadar küçülebileceğini araştırdı. Tam olarak odaklandığı şey, aksonların ne kadar küçülebileceği idi. Aksonlar, nöronların haberleşme kablolarıdır.

Laughlin şunu buldu: Aksonların büyüklüğü belli bir sınırın altına indiğinde, biraz daha gürültülü olmaya başlıyorlar. Bu sonuç büyük ölçüde modelleme verilerine dayansa da, gerçek nöronlardan gelen elektrofizyolojik verilerle de oldukça uyumlu olduğu görüldü. Elde edilen bulgulara bakılırsa küçük nöronlara sahip olabiliyorsunuz, ama aksonlar belli bir büyüklüğün altına indiğinde, işler karışmaya başlıyor.

Normalde bir nörona başka nöronlardan gelen bir girdi belli bir sınırın üzerinde olduğunda, akson atımlar gönderir. Ama akson çok küçüldüğünde, nörona gelen bir bilgi olmadığı bazı zamanlarda da hıçkırığa benzer bir spontane eylem potansiyeli atımı yapabiliyor. Aksonda bulunan ve açılıp iyonların nörona girmesini sağlayan iyon kanalları biraz güvenilmezdir; rastgele öğeler içerirler. O kadar küçük makinelerdir ki, ısıl çalkalanmalar onların açılıvermesine neden olabilir. Yani normalde sadece bir sinyal geldiğinde açılmaları gerekirken, ısıl titreşimlerden dolayı arada-sırada kendiliğinden açıldıkları olur.

Eğer binlerce iyon kanalınız varsa bu sorun olmaz; çünkü belli bir anda bunların çok azı gereksiz şekilde açılmış olacaktır. Peki ama ya aksonlar çok küçük olursa? Aksonun belli bir bölgesinde sadece 10 tane iyon kanalı olsa ve bunlardan biri kendiliğinden açılsa, bu potansiyeli değiştirmeye yetecek kadar iyon girişi anlamına gelir; yani oradaki zarın yerel potansiyeli değişir. Sonuç olarak, küçük aksonlarda az sayıda iyon kanalı olacağından ve iyon kanalları zaman zaman rastgele sinyaller şeklinde gürültü yapabildiklerinden, bu yöntem pek yararlı olmaz.

Beden Dışında Bir Toplu Zihin Kurmak

Enerji tüketimi ve sinyal-gürültü oranı gibi meselelerden ötürü, bilgiyi daha hızlı ve daha verimli işlemek amacıyla bedenimizde yer alan hesaplayıcıyı yükseltmek için iyi bir yol bulamadığımıza göre, belki de bilgi işleme ve depolama sürecini, bedenimiz dışında kuracağımız hesaplayıcılarda ve belleklerde gerçekleştirmek tek şansımızdır. Bilgisayarlar ve Internet zaten bu olasılığı gerçekleştirmeye başladı.

Fox, arı kolonilerindeki toplu zekayı hatırlatıyor ve bunun temelinde, tıpkı bizim toplumumuzdaki gibi bir iş bölümünün var olmasının bulunduğunu vurguluyor. Arılar, hiçbir arının tek başına erişemeyeceği bir zeka düzeyine, topluluk olarak ulaşabiliyor. Muhtemelen insanlık da bireysel olarak daha zeki hâle gelmek yerine, ancak bir topluluk olarak zekasının sınırlarını aşmayı sürdürebilecek.

Kaynak ve İleri Okuma

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak isterseniz,
Patreon üzerinden
bütçenizi zorlamayacak şekilde aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsiniz.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv