Alkın Küçükbayrak Beyin ve Yapay Zeka III - Beyin Simulatörleri

Transkript

1 Alkın Küçükbayrak Beyin ve Yapay Zeka III - Beyin Simulatörleri Bundan önceki yazımızda Yapay Sinir Ağları konusunu örneklerle incelemiştik. İstatistiksel yöntemler kullanılarak yapılan tahminlerin yapay sinir ağlarının "öğrenme" kabiliyeti sayesinde nasıl kesinleştirildiğine, sapmaların nasıl azaltıldığına göz atmıştık. Bu yazımızda beynin çalışma prensiplerini anlamaya, deşifre etmeye yarayan programlara nasıl gelindiğini anlatacak, beyin simulatörlerine en yeni ikisini anlatarak örnekler vereceğiz. 20. yüzyılın başında italyan doktor Camillo Golgi, kendi icadı olan "Siyah Reaksiyon" metodu ile beynin derinlerinde sinir hücreleri olduğunu tarihte ilk defa ortaya çıkardı. Siyah reaksiyon metodu, üzerinde çalışılan organı gümüş nitrat ile renklendirme, daha sonra da renklendirilen yeri mikroskop ile inceleme işlemidir. Bu sayede organın iç yapısındaki daha küçük yapılar belirgin olmaktadır. Golgi, mikroskop ile görülebilir hale getirdiği nöronları, "devam edegiden ağlar"a benzer yapılar olarak tanımladı. Beyindeki sinir hücrelerinin de (nöronların) sinir sisteminin diğer hücreleri ile aynı özellikleri taşıdığını ve biyoelektriği iletmek için ağlar meydana getirdiği tezini savundu. Birkaç yıl sonra aynı alanda çalışmalar yapan ispanyol doktor Santiago Ramón y Cajal ise, nöronların aralarındaki özel bağlantılar sayesinde haberleştiklerini savundu. Kendisi de siyah reaksiyon metodunu kullanan Cajal, nöronların sinir sisteminin diğer hücreleri gibi eşit oranlı dağılmadıklarını, aralarında gruplaşmalar olduğunu da keşfetti. Nöronlar, diğer sinir hücreleri gibi büyük tek bir bağlantının düğümleri değil, kendi kendilerine hareket eden birimlerdi. Sonraki yıllarda elektron mikroskobu keşfedildi. Her bir nöronun kendi kendine hücre zarı ile çevrildiği, ayrıca toplu olarak nöronların bazı yerel gruplaşmalarla ağ özelliği de gösterdikleri gözlemlendi. Bu sayede iki bilim adamının da hipotezleri doğrulanmış oluyordu ve birlikte 1906 yılında tıp alanında Nobel Ödülü aldılar. Cajal, Nobel Laudatio' sunda şunları söyledi: "Beynin çalışma prensibi konusundaki anlayışımızı derinleştirmek için, beynin açık ve detaylı bir modelini çıkarmamız gerekiyor. Bu yöntemle beynin temel prensiplerini ve genelini göz açıp kapayıncaya kadar kavrayacağımıza inanıyorum." (Cajal, Nobel Laudatio, 1909)

2 Bu tarihten günümüze kadar, yani tam doksandokuz yıldır, beynin detaylı bir modelini veya haritasını çıkarmak için bir çok bilim adamı ve doktor hatırı sayılır bir emek sarfetti. Eskiden mikroskopla gözlenen nöronları kağıt üzerine çizme yöntemi ile elde edilen beyin modelleri, yerini günümüzde yazılım olarak oluşturulan beyin ve nöron simulatörlerine bıraktı. Bu simulatörlerde çeşitli istatistiksel yöntemler ve çizim teknikleri ile, çeşitli programlama dilleri kullanıldı. Bu programların temel amacı şuydu: Beynin detaylı bir haritasını çıkarmak için, hücreleri tek tek ölçmek gerektiğinden ve bu iş çok zor ve zahmetli olduğundan, eldeki belli bir yer ölçülerek elde edilen yerel veriler ile, bütün bir beynin mümkün olduğu kadar detaylı ve kesin bir haritasını elde etmek...

3 Bu programların dikkat çekici olanlarından ilki, Geroge Mason üniversitesi bünyesindeki Krasnow Enstitüsü tarafından üretilen "L- Neuron" programıdır. "L- Neuron", isminin başındaki "L" harfini, Lindenmayer sistemlerine dayanmasından dolayı alır. Lindenmayer sistemleri, kendisini tekrarlayarak devam eden yapılan olan "Fraktal" yapılar üzerine kurulmuş bir sistemdir. İlk olarak bitkileri bilgisayar ortamına aktarmada kullanılan bu sistem, yapraklı bitkilerin birbirleri ile tamamen aynı olan yapraklarını, özyineleme (recursion) yöntemi ile simule etmek için kullanıldı. Daha sonra Lindenmayer sistemi ile sinir hücreleri de simule edildi. L- Neuron, bir sinir hücresinin biyolojik yapısını gerçeğe en yakın şekli ile simule etme yolunda, bugün de ilerlemektedir.

4 L- Neuron programından biraz farklı bir teknik kullanan ve "gerçeğine uygunluk" ölçü olarak alındığında bazı artıları olan bir başka nöron simulatörü de "NeuGen" dir. NeuGen, Almanya Heidelberg Üniversitesi bünyesinde Teknik Simulasyon Enstitüsü tarafından üretilmiştir. Bu program daha detaylıdır çünkü gözlemlemeye dayanan en son tıbbi verileri de bünyesine katmıştır. NeuGen, "zeka" nın ne olduğunu inceleme alanında özel bir yeri olan, beynin Neokorteks bölümünün nöronlarını birer birer ve nöron ağı olarak simule etmeye yarar.

5 Beyin modelleri yapay zeka açısından ise, 2000'li yılların başında önem kazandı. Yaklaşık elli yıldır sürekli problemler yaratıp çözerek yapay zekaya ulaşmaya çalışan bilim adamları, bu yöntem ile yapay zekaya ulaşmada başarısız olunca farklı yöntemler aramaya başladı. (Bugün dahi yapay zeka ve bilgisayar zekası ile uğraşan bilim adamlarının çoğu, zekanın problem çözmeye dayandığını savunur.) Zeka denilen olgunun beyinde mevcut bulunduğunu ve beynin doğa tarafından yaratılan bir çeşit "zeka makinesi" olduğunu savunan Jeff Hawkins, zeka kavramını arayışımızda ilk bakmamız gereken yerin insan beyni, burada da beynin "Neokorteks" adlı bölümü olduğunu savunuyor. Başarılı bir bilgisayar mimarı olan ve Palm (Avuçiçi) bilgisayarların mucidi olan Jeff Hawkins, 2004 yılında yayınlanan "Zeka Üzerine" (On Intelligence) adlı kitabında şöyle diyor: "Yarım yüzyıldır türümüzün akıl ve çalışma potensiyelinin önemli bir bölümünü var gücümüzle "zekayı bilgisayarda programlamak" yolunda harcıyoruz. Bu işlem sırasında bilgi işlemcileri, veri bankaları, bilgisayar oyunları, internet, cep telefonları ve umut verici dinazor animasyonları ortaya çıkardık. Ama zeki makineler hala ortada yok. Başarmak için, doğanın zeka makinesi olan "Neokorteks"den zekayı deşifre etmeliyiz. Başka hiç bir yol bizi hedefe ulaştırmayacaktır." (Jeff Hawkins, On Intelligence, 2003) Bu alanda çalışmalar tüm hızı ile sürmektedir. Beyin simulatörlerinden şu ana kadar istenilen veri henüz elde edilememiştir fakat bu, yakın bir gelecekte edilemeyeceği anlamına gelmez. Beyin ilgili araştırmalar teorik fizik veya kuantum fiziği alanlarında da

6 devam etmektedir. Bunlara en güzel örnek Kanada Waterloo'da kurulan Perimeter Institute adı verilen fizik enstitüsüdür. Burada dünyanın önde gelen teorik fizikçileri, kuantum fizikçileri ve bilgisayar bilimcileri, insan beyninin gizli mekanizmalarını çözmek için 1999 yılından beri uğraşıyorlar... Bu yazı ile noktaladığımız "Beyin ve Yapay Zeka" başlıklı serimizde beynin yapay zeka ile olan yakın alakasını irdeledik. Bunu yaparken yapay sinir ağlarına ve beyin simulatörlerine örneklerle değindik. Bir sonraki yazımızda önceki yazılarımızı özetleyecek, Y. Z. konusunu araştırmaya devam etmek isteyen okurlarımız için yazılarımızın kaynaklarını sıralayacağız.