İnsan Beynini Taklit Eden Grafen Bazlı Yapay Sinaps

İnsan Beynini Taklit Eden Grafen Bazlı Yapay Sinaps

By   Aralık 20, 2018   Hiç yorum yok:

Pittsburgh Üniversitesi'nden araştırmacılar, bir dijital bilgisayar gibi bilgiyi işlemeyen, ancak insan beyninin görevleri tamamladığı analog yolu taklit eden, grafen tabanlı bir yapay sinaps geliştirdi. Sinaps, biyolojik sinapslarla karşılaştırıldığında mükemmel enerji verimliliği gösterdi.

Bu çalışmada yer alan Dr. Xiong, "Beynin analog doğası ve masif paralizmi, kısmen insanların karmaşık ve çeşitli veri kümelerinde ses tanıma veya desen tanıma gibi daha yüksek düzeyde bilişsel işlevler söz konusu olduğunda en güçlü bilgisayarları bile geride bırakabilmeleridir" diyor.

Nöromorfik hesaplama olarak adlandırılan yeni bir alan, insan beyninden esinlenen hesaplamalı donanım tasarımına odaklanır. Grafenin iletken özellikleri, araştırmacıların sinaptik bağlantının veya sinaptik ağırlığın gücü olan elektrik iletkenliğini hassas bir şekilde ayarlamalarına izin veriyor.

Son zamanlarda yapay zekanın yeniden canlandırılmasında, bilgisayarlar beyni belli şekillerde çoğaltabilir, ancak bir analog sinaps taklit etmek için yaklaşık bir düzine dijital cihaza ihtiyaç vardır. İnsan beyninin bilgi iletmek için yüzlerce trilyonluk sinapsları vardır, bu yüzden dijital cihazlarla bir beyin inşa etmek imkansızdır veya en azından ölçeklendirilemez. Xiong Lab'ın yaklaşımı, büyük ölçekli yapay sinir ağlarının donanım uygulaması için olası bir yol sağlıyor.

Xiong'a göre, mevcut CMOS (tamamlayıcı metal oksit yarı iletken) teknolojisine dayanan yapay sinir ağları, her zaman enerji verimliliği, ölçeklenebilirlik ve paketleme yoğunluğu açısından sınırlı işlevselliğe sahip olacaktır. Xiong “Sinaptik elektronikler için doğada analog, ölçeklenebilir ve büyük ölçekli entegrasyonlar için uygun yeni cihaz konseptleri geliştirmemiz gerçekten önemli. Grafen sinapsımız şu ana kadar bu şartlardaki tüm kutuları kontrol ediyor gibi görünüyor" diyor.

Giyilebilir elektronik cihazlar ve sensörlerdeki ilkel istihbarat seviyesini güçlendirerek, akıllı sensörler ile sağlığımızı izleyebilir, önleyici bakım ve zamanında teşhis sağlayabilir, bitkilerin büyümesini izleyebilir ve olası zararlı sorunlarını tespit edebilir ve üretim sürecini düzenleyebilir ve optimize edebiliriz. Bu önemli ölçüde toplumumuzdaki genel üretkenlik ve yaşam kalitesinin iyileştirilmesine katkısı olacaktır.

Analog insan beyni gibi işlev gören yapay bir beynin gelişimi henüz pek uygun değildir ve bir dizi atılım gerektirmektedir. Araştırmacılar bu yeni yapay sinapsları optimize etmek için doğru konfigürasyonları bulmalıdır. Bunları sinir ağları oluşturmak için bir dizi başka cihazla uyumlu hale getirmeleri gerekecek ve büyük ölçekli bir sinir ağındaki tüm yapay sinapsların aynı şekilde davrandığından emin olmaları gerekecektir. Zorluklara rağmen Dr. Xiong, yönettikleri yön konusunda iyimser olduğunu söylüyor.

Kaynak
Nanowerk
Gelişmiş Malzemeler

Devamını Oku

Beyin Kronik Ağrılara Tedavi Sinyali Gönderebilir Miyiz?

Beyin Kronik Ağrılara Tedavi Sinyali Gönderebilir Miyiz?

By   Aralık 03, 2018   Hiç yorum yok:

İlk kez, UNC Tıp Okulu'ndaki araştırmacılar, bir beyin bölgesini zayıf bir alternatif elektrik akımı ile hedefleyebileceklerini, bu bölgenin doğal olarak oluşan beyin ritimlerini geliştirebileceklerini ve eğer kronik alt sırt ağrısı ile ilişkili semptomları önemli ölçüde azaltabileceğini gösterdi.

Journal of Pain  dergisinde yayınlanan ve bu hafta San Diego'daki Nörobilim Konferansı Derneği'nde sunulan sonuçlar, Doktorların bir gün beynin bölümlerini transkraniyal alternatif akım stimülasyonu veya tACS gibi yeni noninvaziv tedavi stratejileri ile hedefleyebileceklerini öne sürmektedir. bu çalışmada araştırmacılar, teorik olarak ortaya çıkan beyin dalgalarını artırmak için kullandıkları kronik ağrının tedavisi için önemliydi.

Carolina Nörostimülasyon Merkezi ve psikiyatri doçent Direktörü kıdemli yazar Flavio Frohlich," birkaç yıldır çok sayıda beyin stimülasyon makalesi yayınladık ve her zaman önemli bir şey öğrendik " dedi. "Ama bu ilk kez kronik ağrı inceledik ve bu, bir çalışmanın üç unsurunun mükemmel bir şekilde dizildiği tek zamandır. Belirli bir beyin bölgesini başarıyla hedefledik, bu bölgenin aktivitesini geliştirdik veya geri yükledik ve bu gelişmeyi semptomlarda önemli bir azalma ile ilişkilendirdik."

Frohlich'in laboratuvarıyla yakından çalışan UNC Tıp Okulu'ndaki Müttefik Sağlık Bilimleri bölümünde Karen McCulloch, PT, PhD tarafından rehberliğinde yüksek lisans öğrencisi olan ilk yazar Julianna Prim, "beyin uyarımı kronik ağrıya sahip insanlara yardımcı olabilirse, hepimizin bildiği opioidlerin yükünü azaltabilecek ucuz, non-invaziv bir terapi olurdu. ciddi yan etkileri olabilir."

Kronik ağrı, dünyadaki sakatlığın önde gelen nedenidir, ancak bilim adamları arasında beyin aktivitesinin durumda nedensel bir rol oynadığına dair fikir birliği yoktur. Frohlich, ağrı araştırma alanının büyük ölçüde kronik ağrının periferik nedenlerine odaklandığını söylüyor. Örneğin, kronik alt sırt ağrınız varsa, neden ve çözüm alt sırtta ve omurgadaki sinir sisteminin ilgili bölümlerinde yatar. Ancak bazı araştırmacılar ve klinisyenler, kronik ağrının daha derinleştiğine, durumun sinir sistemindeki hücrelerin beyindeki nöronların ağları da dahil olmak üzere birbirleriyle nasıl iletişim kurduğunu yeniden düzenleyebileceğine inanıyorlar. Zamanla, teori gider, bu ağlar esasen kronik ağrının bir nedeni haline gelen bir tür nöral rutta sıkışırlar.

Önceki çalışmalar, kronik ağrıya sahip kişilerin anormal nöral salınımlar veya beyin dalgaları yaşadığını gösterdi. Farklı beyin bölgeleri ve çeşitli beyin faaliyetleri ile ilgili çeşitli beyin dalgaları vardır-işleme görsel uyaranlar, ezberleme, yaratıcı düşünme, vb. Konuştuğumuzda, düşünmek, yemek, spor yapmak, televizyon izlemek, hayal kurmak veya uyumak, beyin aktivitemiz elektrik kalıpları oluşturur. EEGs kullanarak ölçebilirsiniz. Bu desenler dalgalanır veya salınır, bu nedenle bir EEG çıktısına yükselen ve düşen dalgalar olarak görünürler.

Beyin aktivitesinin bir türü, uyaranlara katılmadığımız zaman ortaya çıkan alfa salınımları olarak adlandırılır. Sessizlik içinde meditasyon yaptığımızda, duşta hayal kurduğumuzda, hatta atletik aktivite sırasında "bölgede" olduğumuzda bile, alfa salınımları beyne hakim olur. Frohlich'in laboratuarı, bu alfa salınımlarının beynin orta kısmında bulunan ve muhtemelen kronik ağrıya karışan somatosensör kortekste eksik olup olmadığını bilmek istedi. Eğer öyleyse, Frohlich'in ekibi orada alfa dalgalarını artırabilir mi? Ve bu mümkün olsaydı, herhangi bir ağrı kesici olurdu?

Prim ve meslektaşları alt kronik sırt ağrısı olan 20 hastayı işe aldı. Her biri sırt ağrısını "dört" veya en az altı ay boyunca bir ila 10 sübjektif ölçekte daha büyük olarak bildirdi. Her katılımcı, bir ila üç hafta ayrı gerçekleşen iki 40 dakikalık oturum için gönüllü oldu.

Tüm oturumlar sırasında araştırmacılar, hastaların neşterlerine bir dizi elektrot taktılar. Bir oturum sırasında araştırmacılar, doğal olarak oluşan alfa dalgalarını arttırmak için tACS kullanarak somatosensory korteksini hedef aldı. Bir şey düzgün çalışmıyor ve ne olduğundan emin değiliz.daha sonra tekrar deneyin veya bunun yerine bir şehrin, yerin veya adresin yakınında arama yapın. Tüm oturumlar sırasında katılımcılar kafa derisinde karıncalanma hissetti. Sham ve tACS oturumları arasındaki farkı söyleyemezlerdi. Ayrıca, verileri analiz etmekten sorumlu araştırmacılar, her katılımcının sham veya tACS oturumlarına ne zaman uygulandığını bilmiyorlardı ve bu çalışmayı çift kör etti.

Frohlich'in laboratuvarındaki doktora sonrası ilk yazar Sangtae Ahn, frohlich'in ekibinin, kronik alt sırt ağrısı olan insanların somatosensoryal korteksindeki alfa salınımlarını gerçekten başarılı bir şekilde hedefleyebileceğini ve artırabileceğini gösteren verileri analiz etti. Prim ve meslektaşları katılımcıları araştırdıklarında, hepsi subjektif 0-10 ağrı ölçeğine göre, tACS oturumlarını hemen takiben ağrıda önemli bir azalma olduğunu bildirdi. Dikkat çekici bir şekilde, bazı katılımcılar tACS oturumlarından sonra ağrı hissetmediklerini bildirdi. Katılımcılar, sham stimülasyon seanslarından sonra aynı ağrı azalmasını bildirmedi.

Prim," heyecan verici olan şey, bu sonuçların sadece bir oturumdan sonra gerçekleşmesidir " dedi. "Daha uzun bir süre boyunca birden fazla tACS oturumunun etkilerini keşfetmek için daha büyük bir çalışma yapmayı umuyoruz."

Frohlich, laboratuvarının çeşitli kronik ağrıya sahip insanlar üzerinde çalışmalar yapmayı umduğunu söyledi.

"Bu çalışma, bilim adamları ve klinisyenler işbirliği yaptığında mümkün olanın mükemmel bir örneğidir"dedi. "Sonuçta, daha iyi tedaviler, tedaviler ve önleme stratejileri geliştirmek istiyorsak, araştırmacıları bir araya getiren bu tür yeni yaklaşımlar temel öneme sahiptir."

Devamını Oku

Beynin Moleküler Evrimi

Beynin Moleküler Evrimi

By   Temmuz 10, 2018   Hiç yorum yok:

Nörojenez, sinir kök ve projenitör hücrelerinden nöronların üretildiği bir süreçtir. En fazla doğum öncesi dönemde aktif olmaktadır.

Beyin gelişimi belirli bölgelerdeki ve hücre tiplerindeki genler ile yönlendirilmektedir. Bu genlerin ekspresyonu, yani DNA’ya gelen emirler ile bu parçalardan üretilen anlamlı ürünlerin yani proteinlerin üretilmesi anlamına gelir ve yine bu yolla belli zaman aralıklarında on-off (açık-kapalı) konuma gelen genlerin aktivitesi birçok gelişimsel fenomenin olduğu gibi beyin gelişiminin de temelinde yatar. Ancak şimdiye kadar bu aktivite sırasında, seviyesi, lokasyonu ve zaman aralığı ve de özellikle nörogenez sırasında kromozom üzerindeki bu açık-kapalı faz değişimleri bir harita ile açıklanmamıştı.

ATAC-seq adı verilen bir moleküler biyoloji tekniğinden yararlanan UCLA araştırmacıları nörogenez sırasında aktif olan beyin bölgelerini haritaladı ve bu veriyi, aynı beyin bölgelerindeki gen ekspresyonu verileri ile birleştirdi. Araştırmacılar aynı zamanda daha önce yayımlanmış olan kromozomlardaki katlanma kalıplarını ortaya koyan araştırmaların verilerini de kullandı. Kromozomal katlanıp açılma süreçleri genetik bilginin yazılıp okunmasını birinci dereceden etkilediklerini gösterdiler.

Tüm bu bilgiler bir araya getirilerek nörogenezin ardındaki temel düzenleyici ve yönetici elementler tanımlandı. EOMES/Tbr2 geni bunlardan birisi ve kapalı konuma geçtiğinde ileri düzeyde yanlış beyin gelişimine ve yanlış organizasyonel oluşumuna neden oluyor.

Araştırmacılar hedeflenen belirli genlerin rollerini tespit etmek için son yılların en önemli gelişmelerinden biri olan CRISPR teknolojisinden faydalandı. Bu teknik sayesinde de, DNA’nın belirli bölgeleri çıkarılıp, düzenleyici altyapısında yapılan değişiklikler ile o genin ekpresyonu ve dolayısıyla nörogenez üzerindeki etkileri yeniden belirlenebildi.

Araştırmacılar haritalama sayesinde ilerleyen yaşlarda ortaya çıkan ve gelişen şizofreni, depresyon, ADHD ve nevrotizm gibi psikiyatrik bir takım rahatsızlıkların, fetüsteki beyin gelişimi sırasında yazılabileceğini ve temellerin bu kadar erken gelişimsel fazlarda atılabileceğini ortaya koydu. Hatta bir insanın entelekt potansiyeli ve yeteneklerinin sınırları dahi nörogenez sırasında, bir raddeye kadar belirleniyor.

Araştırmacılar tüm bunlarla birlikte, insan serebral korteksinin diğer primatlara oranla çok daha büyük olmasının ardındaki mekanizmayı da açığa çıkardı. Bir genom sekansı veya dizisi tanılayan araştırma ekibi, bu dizinin fibroblast büyüme faktörü ekspresyonunu değiştirdiğini böylelikle hücre çoğalması ve bölünmesinin ve hatta hücrelerin belirli görevler almasını düzenlediğini keşfetti. Bu genom sekansı farelerde ve diğer primatlarda bizde olduğundan çok daha az aktivite gösteriyor.

Devamını Oku

Beyinciğin Yeni Bir İşlevi Keşfedildi

Beyinciğin Yeni Bir İşlevi Keşfedildi

By   Haziran 12, 2018   Hiç yorum yok:

Beyinciğin Yeni Bir İşlevi Keşfedildi

      Beynin en iyi bilinen bölümlerinden biri olan serebellum (beyincik), beynin toplam hacminin sadece % 10’unu kaplamasına rağmen, beyindeki toplam nöron sayısının % 50’sinden fazlasını içerir.

 Tüm bu işlem gücüne karşılık, beyinciğin büyük oranda bilinçli farkındalığın sınırları dışında da işlev gördüğü, ayakta durmak ve nefes almak gibi fiziksel aktiviteleri koordine ettiği düşünülüyordu.

Fakat Nisan 2017`de Nature dergisinde yayımlanan  bir çalışmada, sinirbilimciler insan davranışını motive eden ve şekillendiren ödül tepkisi sisteminde beyinciğin de önemli bir rol oynadığını keşfettiklerini açıkladılar.

Bu çalışma, yüzyıllardır esas olarak motor beceriler ve duyusal girdiler ile ilişkilendirilmiş olan bu küçük bölge için yeni araştırma alanları açmakla kalmayıp, beyinciğin büyük bir kısmını oluşturan ve granül hücreleri  olarak bilinen nöronların, daha önce düşünmediğimiz biçimlerde fonksiyonlar  gösterdiğini öne sürüyor.

Beyincik içerisinde çok sayıda nöronun yer aldığı göz önüne alındığında, beyinciğin, beynin görevlerini  nasıl yerine getirdiğine dair oluşturulan büyük resimdeki işlevselliğine ilişkin çok az ilerleme kaydedildiğini söyleyebiliriz.

Bu kopukluğun büyük bir kısmından sorumlu tutalan yaklaşım ise, beyinciğin sadece motor becerilerde rol oynadığı varsayımına dayanmaktadır.

Beynin arka kısmına yerleşerek, beyincik, beyin zarındaki bir bölge olan ve planlama, kontrol ve bilinçli yapılan hareketlerde rol oynayan motor korteks ile çok fazla sayıda bağlantı kurmuş durumdadır. 

Beyinciğin, dikkat ve dil işleyişi gibi bilişsel süreçlerle bağlantısı olduğuna yönelik daha önceden elde edilen ipuçları olsa da, granül hücreleri üzerinde yapılan daha önceki çalışmalar, bu hücreleri sadece temel duyusal ve motor fonksiyonlar ile ilişkilendirmişti.

 Bu da; beyinciği hasar almış birisindeki etkileri gözlemlediğimizde anlam kazanıyor. Bu kişiler genellikle dengeyi sağlamada, bir nesneye uzanıp kavramada ve dik durmada zorluklar yaşar. 

Eğer beyincikte bir hasar meydana gelirse, ilk göreceğiniz etki; motor koordinasyon eksikliğidir.

Fakat beyincikte bundan daha fazlası da gerçekleşiyor olabilir. Çünkü beyin kabaca 60 milyar granül hücresiiçeriyor (bu sayı, beyindeki toplam nöron sayısından daha fazla); bu nedenle bu zamana kadar üzerine çalışmalar yürütmek oldukça zor olmuştur.

Beyinciğin, farelerde kasları nasıl kontrol ettiğini anlayabilmek için, Stanford Üniversitesi’nden bir araştırma ekibi granül hücrelerini gözlemleyebilmek adına nöronların etkinliğini gerçek zamanlı olarak görüntülemeye olanak sağlayan “iki fotonlu kalsiyum görüntüleme” adında yeni bir teknik kullandı. 

Görsel telif: Mark Wagner et al.

Buradaki parlak yeşil tonu, esasında “yeşil floresan protein” (İng. green flouorescent protein – GFP) adındaki bir maddenin sonucudur. 

Bu protein, denizanası gibi biyo-ışıldamalı canlılar (kendiliğinden parıldama yeteneğine sahip olma)  tarafından doğal olarak üretilir ve böylece hücrelere çok az zarar vererek genoma eklenebilir. 

Bu madde ayrıca araştırmacıların belirli hücrelerin etkinliğini gerçek zamanlı inceleyebilmesini de oldukça kolaylaştırdı. Sadece hücrenin DNA’sına eklenmesi gerekiyor ve RNA’ya çevrimin yapıldığı veya proteine dönüştürüldüğü seferlerde parıldıyor.

GFP’nin farelerde neyi açığa çıkaracağını görmek için, araştırmacılar farelerin bir manivelayı kaldırdıkları her seferde şekerli suyla ödüllendirildikleri bir mekanizma kullandılar. 

Yapılan deneylerde, beklenen çıktı fiziksel aktivite sonucu tepki olarak beyincikte neler olduğuyken ortaya çıkan şey araştırma ekibini şaşkına çevirdi. 

Görünüşe göre, granül hücreleri ile ödül tepki mekanizması arasında şekerli su ile tetiklenen bir bağlantı vardı. Bazı granül hücreleri, fareler kolu çektiklerinde ateşlendi; fakat bir diğer granül hücresi seti ise fareler ödüllerinin gelmesini beklerken etkinleşti. Ödülü tamamen aldıklarında, bu da beyinikte bir başka granül grubunun tetiklenmesine yol açtı.

Bu, beyindeki bir bölgenin motor koordinasyon ve ödül tepki mekanizmasıyla bağlantılı olduğunu gösteren ilk çalışma değildir. Daha önce de, ön beyinde yer alan bazal gangliyonların bu iki fonksiyon tarafından tetiklendiği bulunmuştu. Bu yeni çalışma, beyinciğin de benzer şekilde karmaşık olduğuna işaret ediyor.

Elbette çalışmanın sonuçları henüz sadece farelerde gözlemlenmiş durumda, yani aynı sonuçlar insanlarda da elde edilene kadar sonuçların eşdeğer olduğundan emin olmamız mümkün değildir.

Fakat beyinciğin, tüm beyin bölgeleri içerisinde beynin en eski evrimsel atalarından biri olduğu düşünülüyor ve beyincik tüm omurgalı sınıflarında benzer şekillerde bağlanmış durumda. Bu nedenle benzer sonuçların insanlarda da gözlemleneceğini düşünebiliriz.

Kaynak: https://bilimfili.com/beyincigin-yeni-bir-islevi-kesfedildi/

Devamını Oku

Arc Proteini: Genetik Tedavi Ümidi

Arc Proteini: Genetik Tedavi Ümidi

By   Mayıs 03, 2018   Hiç yorum yok:

Arc adı verilen öğrenme için çok önemli olan bir genin,virüslerin sıkça kullandığı bir stratejiyi kullanarak genetik materyalini bir nörondan diğerine gönderebildiği keşfedildi. Aynı zamanda iki farklı grubun Cell’de yayınladığı çalışmalarda,sinir sistemi hücrelerinin etkileşime girdiği bir başka mekanizma öğrenildi.

Arc geninin beyinde yeni bilgileri beyinde depolama görevi olduğu biliyoruz fakat nasıl bir mekanizması var tam olarak çözülemedi.

Araştırmalarda ilk olarak anlayabilmek için geni bakteri hücrelerine transfer edip ekspresyonunu incelemeye başladılar. Farklı olarak bakteriler ARC proteinini ürettiğinde,bir virüsün genetik bilgilerini içeren kapsid yapısında olan ve viral kapsidlere benzeyen makro-protein yapılar geliştiği görüldü.

Diğer çalışma grubu ise hücre dışı  kesecikler adı verilen ve hücreler tarafından salınan küçük keseciklerin içeriğini incelediler. Arc kapisdlerinin Arc mRNA’sını içerdiği ve bu kapsid vesiküllerin  nöronlardan salındığı kanıtlanmış oldu.

Aynı zamanda aktif nöronların ,Arc vesiküllerinin yüksek oranda salındığı gösterilerek nöronlar arası iletişimde kilit rol oynadığı ortaya da çıkmıştır.

Sonuç olarak beyin hücrelerinde keşfedilen bu mekanizma birçok alanda bize yardımcı olacağıdır.

Kaynak : Bezelye 

Devamını Oku