• Buradasın

    Sedat Nizamoğlu'nun Nöral Arayüzler ve Retina İmplantları Üzerine Bilimsel Sunumu

    youtube.com/watch?v=UROycWUbuRU

    Yapay zekadan makale özeti

    • Bu video, Bilim Akademisi tarafından düzenlenen bir bilimsel toplantısında Sedat Nizamoğlu'nun (Koç Üniversitesi'nde çalışan, Harvard'dan mezun olmuş bir araştırmacı) yaptığı sunum ve ardından gerçekleşen soru-cevap oturumunu içermektedir.
    • Sunumda sinir sistemi, nöral arayüzler ve özellikle retina dejenerasyonu gibi göz hastalıklarında kullanılan implant teknolojileri ele alınmaktadır. Sedat Nizamoğlu, nöronların yapısı ve işleyişi, aksiyon potansiyeli kavramı, mevcut retina implant teknolojileri ve kendi laboratuvarında geliştirilen titanyum dioksit yapısı üzerine kimyasal olarak bağlanan nano malzemelerin ışıkla nöronları uyarma mekanizmasını detaylı şekilde anlatmaktadır.
    • Sunum sonrası, tıp uzmanları, mimar, işletme mezunu sağlık yöneticisi ve diğer bilim meraklıları arasında geçen soru-cevap oturumunda, makula dejenereasyonu, glokom gibi göz hastalıkları, kalp krizi öncesi uyarı sistemleri ve görme korteksine yönelik çalışmalar gibi konular ele alınmaktadır. Ayrıca, laboratuvarın diğer projeleri (ışığı derinlere götüren fiberler, floresan protein tabanlı televizyon, verimli LED yapımı) hakkında bilgiler de paylaşılmaktadır.
    00:06Bilim Akademisi Toplantısı ve Konuşmacı Tanıtımı
    • Pınar Mengüç, Bilim Akademisi üyeleri için Sedat Nizamoğlu'nun konuşmasını sunuyor.
    • Sedat Nizamoğlu, Türkiye'de yükselen yıldızlardan bir araştırmacı olarak tanıtılıyor.
    • Nizamoğlu, Bilkent'ten fizik ve elektrik-elektronik mühendisliği mezunu, Harvard'da eğitim görmüş ve ERC ödülü gibi prestijli ödüller kazanmış.
    02:13Konuşmanın Genel İçeriği
    • Sedat Nizamoğlu, mühendislik, temel bilimler, fizik, kimya, biyoloji ve tıbbın kesişiminde bir konu anlatacağını belirtiyor.
    • Konuşma, sinir sistemini uyarmak, sinir hücreleriyle iletişim kurmak ve retinal dejenerasyona bağlı körlükler için implantlar hakkında bilgi verecek.
    • Nizamoğlu'nun kendi geliştirdiği nanoteknoloji kullanılarak tasarlanan yeni implantların avantajları ve gelecekte insanlara uygulanabileceği belirtiliyor.
    03:32Sinir Sisteminin Önemi
    • İnsan vücudunu saran sinir sistemi, çevresel ve merkezi sinir sisteminden oluşuyor.
    • Sinir sistemi, dokunma, tatma, koku, işitme ve görme gibi duyu algılamalarını sağlıyor.
    • Beyin, milyonlarca sinir hücrelerinden oluşan bir yapı olarak bilinç, hafıza ve fikir oluşturma gibi süreçlerde rol oynuyor.
    05:12Nöronların Yapısı ve İşlevi
    • Nöronlar, matematiksel olarak işlev yapan yapılar olarak, bilgiyi alıp işleyerek sinyalleri iletebiliyorlar.
    • Nöronlarda veya dokularda hasar meydana geldiğinde felç, Parkinson, Alzheimer gibi hastalıklar ortaya çıkabiliyor.
    • Felç, vücudun belli bir kısmında hissiyat kaybı veya hareket etme yeteneğinin kaybına neden oluyor ve bu durum insanın hayat kalitesini ciddi şekilde düşürüyor.
    06:23Nöral Arayüzlerin Önemi
    • Felçli hastalarda beyindeki komutları algılayan çip ve kolundaki elektrotlar sayesinde el hareket ettirilebiliyor.
    • Etkin nöral arayüzlerin geliştirilmesi, sağlık ve temel bilim açısından kritik bir konu olarak değerlendiriliyor.
    • İşitme kaybı, kronik ağrı, obezite, şeker hastalığı ve retina dejenerasyonu gibi sağlık problemlerini çözmek için implantlar ve teknikler geliştiriliyor.
    08:12Nöronlarla İletişim
    • Nöronlar, genel hücre yapısına benzer şekilde çekirdek, endoplazmik retikulum ve mitokondri içeriyor.
    • Nöronlar, kollar şeklinde uzanıp başka nöronlara bağlanarak sinir ağları oluşturuyor.
    • Nöronlarda elektrik iletimi, hücre zarı üzerinden gerçekleşiyor ve hücre zarı büyüklüğü metrenin milyarda biri civarında.
    09:44Hücre Zarının Yapısı ve Elektrik İletimi
    • Hücre zarı, suyu seven ve suyu sevmeyen moleküllerden oluşan iki lipit yapısıyla oluşuyor.
    • Hücre zarında iyon kanalları bulunuyor ve bu kanallar, hücre membranındaki elektriğin üretilmesi ve potansiyelin değiştirilmesinden sorumlu.
    • Hücre içi ve hücre dışı arasındaki potansiyel farkı yaklaşık 40-80 milivolt civarında olup, dışarı daha yüksek bir potansiyele sahip.
    11:36Hücrelerin Uyarılması ve Aksiyon Potansiyeli
    • Hücreler tetiklendiğinde potasyum-sodyum kanalları açılarak iyon değişimleri gerçekleşir ve membran üzerindeki potansiyel değişir.
    • Aksiyon potansiyeli, hücre dinlenirken tetiklendiğinde 80-90 milivoltluk bir potansiyel yükselmesiyle gerçekleşir ve sonra tekrar dinlenme konumuna geri döner.
    • Tüm canlılarda benzer aksiyon potansiyeli profilleri görülür, ancak farklı canlılarda membran üzerindeki iyon kanallarındaki farklılıklar nedeniyle profiller farklılık gösterir.
    13:31Nöronların Uyarılması ve Nobel Ödülü Çalışmaları
    • Nöronlar dinlenirken yaklaşık 70 milivoltta bulunur ve tetiklenirken depolarizasyon fazı olarak adlandırılan bir süreç yaşar.
    • 1963 yılında üç profesör tarafından yapılan çalışmalar, iyonik hareketleri anlatarak nobel ödülü kazanmıştır.
    • Bu modeller sayesinde nöronların uyarıya nasıl tepki vereceğini matematiksel olarak hesaplayabilmekteyiz.
    15:15Nöronların Modellemesi ve Elektrotlar
    • Hücre membranı, birinci dereceden diferansiyel denklem oluşturan bir RC devresi olarak modellenir.
    • Elektrotlarla hücreler uyarılarak, RC devresinden dolayı üstel bir fonksiyonla potansiyel yükselir ve sonra dinlenme durumuna döner.
    • Farklı geometrik mimarilerdeki elektrotlar, beynin derin bölgelerine ulaşmak, çoklu elektrot şeklinde yerleştirmek veya büyük sinir dokularını uyarabilmek için kullanılmaktadır.
    19:18Gözün Çalışması ve Retina Dejenerasyonu
    • Göz, objeleri odaklayarak ters bir görüntü oluşturur ve bu görüntü oluştuğu yer retina adını taşır.
    • Retinada konik fotoreseptörler (yaklaşık 6 milyon) renk algısını sağlarken, çubuk fotoreseptörler (yaklaşık 120 milyon) gece görüşünü sağlar.
    • Retina dejenerasyonunda fotoreseptörler hasar görür ancak içerdeki kablolar aynen yaşar, bu nedenle bu fotoreseptörleri değiştirerek görme yeteneği tekrar kazanılabileceği düşünülür.
    22:19Sarı Nokta Hastalığı
    • Sarı nokta, 50 yaş ve üzerindeki kişilerde görülen, ciddi görme kaybına neden olabilen ilerleyici bir göz hastalığıdır.
    • Dünyada yaklaşık 30 milyon sarı nokta hastası bulunmaktadır.
    • Hastalığın tedavisinde erken tanı çok önemlidir ve 50 yaş ve üzerindeki kişilerin düzenli göz dibi muayenesi yaptırması gerekir.
    23:09Retinam Dejenerasyonu Tedavisi Teknolojileri
    • Sağlık Bakanlığı, retinam dejenerasyonuna dikkat çekmek için bir kamu spotu paylaşmıştır.
    • Şu anda dünyada onaylanan iki teknoloji vardır: Amerika'da Stanford Üniversitesi'nde geliştirilen Argus II ve Avrupa Birliği onaylı Almanya'nın öncülüğünde geliştirilen Alpha IMS implantları.
    • Bu implantlarla hastalar resmi olarak kör kalmakla birlikte ışık algıları kazanıyor, ancak yüksek çözünürlüklü görselleri göremiyorlar.
    24:18Argus II Teknolojisinin Çalışma Prensibi
    • Argus II sisteminde bir gözlük üzerindeki kamera görüntüyü algılayıp, retina üzerine ameliyatla konulan elektrot dizisi ile görüntüyü oluşturmaya çalışıyor.
    • Bu teknoloji oldukça pahalı olup, maliyeti 150 bin dolar civarındadır.
    • Hastalar implant sonrası 20/1260 görüş oranına ulaşmakla birlikte, normal görüş (20/20) elde edemiyorlar.
    25:33Yeni Gelişmeler ve Maliyet Düşüşü
    • Son on yılda nöronları uyarmak için fotoaktif yüzeyler geliştirilmiştir.
    • Bu basit yapıda bir cam parçası üzerinde ITO adı verilen iletken yapı ve polimer malzeme kullanılmaktadır.
    • Bu implantlar laboratuvarda 1000 Euro'dan az maliyetle üretilmekte olup, enerji kaynağı gereksinimi yoktur.
    26:38Fotoaktif Yüzeylerin Çalışma Prensibi ve Testleri
    • 2017 yılında Nature Materials dergisinde yayınlanan bir makalede, fare modelinde implant konulduktan sonra 6-10 ay kadar devam eden ışık hassasiyeti gözlemlenmiştir.
    • Retina dejenerasyonu olan farenin göz bebeği ışığa %30 oranında kapandığı, implant konulduktan sonra ise %60 oranında kapandığı görülmüştür.
    • Hayvan üzerinde yapılan davranışsal testlerde, implant konmuş fare ışıklı odadan kaçma süresi kör farenin (36 saniye) ile gören farenin (6 saniye) arasında bir sürede (18-24 saniye) dışarı çıkabilmektedir.
    28:35Fotoaktif Yüzeylerin Dezavantajları
    • Fotoaktif yüzeylerde hücrenin stili edecek fiziksel mekanizmaları iyi kontrol edilemiyor.
    • Düşük spektral duyarlılık nedeniyle sadece yeşil renk algılanabilmektedir.
    • Düşük dinamik aralık nedeniyle implantlar sadece yüksek ışık şiddetlerine duyarlı olmaktadır.
    29:34Kolloidal Kuantum Noktaları Kullanımı
    • Retina implantları için polimerler yerine kolloidal kuantum noktaları kullanılması planlanmaktadır.
    • Kuantum noktaları yaklaşık 3 nanometre boyutunda atomlar diziliminden oluşmaktadır.
    • Bu nano malzemeler küçültüldükçe ışıma dalga boyu değişimi göstermektedir.
    30:39Tip II Malzemelerin Avantajları
    • Tip II malzemelerde elektron dışarıda, deşik ise içeride bulunur.
    • Bu yapıda elektron dışarı çıkarılarak akım yaratılabilir.
    • Tip II malzemeler yüksek stabilitelere sahiptir ve örnek olarak kuantum tabanlı LED'ler ve televizyonlarda kullanılmaktadır.
    31:31Zehirli Malzemelerden Bağımsız İmalat
    • Mevcut literatürdeki implantlarda civa ve kadmiyum gibi zehirli toksik malzemeler kullanılmaktadır.
    • Zehirli olmayan malzemeler kullanmak için Tip II yapıların uygun olduğu düşünülmüştür.
    • Dünya çapında ilk kez Tip II malzeme olarak indium fosfat çekirdek ve zin koksayt kabuk yapıları planlanmıştır.
    32:38İmalat Süreci ve Sonuçlar
    • Na'nın yöntemini kullanarak indium fosfat çekirkekleri yapılmış ve üzerine zin koksayt kabuğu eklenmiştir.
    • XRD ve XPS gibi analiz yöntemleriyle yapısal olarak malzemenin büyüttüğü kanıtlanmıştır.
    • Kuantum mekaniksel simülasyonlarda, örtüşme azaldığı için elektron yavaş yavaş kaçmaya başlamış ve ışıma renk mavi cam göbeğinden kırmızıya doğru kaymıştır.
    34:20Nöronları Uyarabilen Nano Malzemeler
    • Titanyum dioksit yapısı ITO üzerine büyüterek kimyasal olarak bağ araba yapılmış ve nano malzemeler üzerine kimyasal olarak konulmuştur.
    • Bu yapıya ışık geldiğinde elektron oluşuyor, deşik oluşuyor ve elektronlar titan dioksiti ve ITO'ya vererek yaklaşık 3,40 nanoamper civarında akım oluşturulabilmektedir.
    • Yapay beyin omurilik sıvısına daldırıldığında 3,40 nanoamper civarında akım üretilmiş ve tip bir malzemeden daha iyi çalıştığı ispatlanmıştır.
    35:29Uyumluluk Testleri ve Tek Hücre Elektrofizyolojisi
    • Malzemelerin uyumluluk testi yapılmış ve toksisitesi olmayan, uyumlu bir yapı olduğu gözlemlenmiştir.
    • Pach kenetleme tekniği ile fabrika temiz yüzeye büyüttürülen nöronlar üzerinde tek hücre elektrofizyolojisi çalışması yapılmıştır.
    • Hücrenin membranına kenetlenen cam parçası ile membran potansiyel değişimleri algılanarak hiperpolarizasyon gözlemlenmiş ve hücrenin stimüle edilebildiği tespit edilmiştir.
    36:25Yapılan Çalışmanın Avantajları
    • Yapılan implant veya nöronları uyaran arayüz toksik malzeme içermemektedir.
    • Daha önce yapılan çalışmalarda 2-8 miliwattlık yüksek ışık gerekenken, bu yapılarla 4 mikrovat gibi daha düşük ışık şiddetlerinde nöronların uyarılabildiği gösterilmiştir.
    36:56Sunumun Özeti ve Ekibin Tanıtımı
    • Sunumda nöronları uyarmak, nöronların membranının basit bir elektronik devre halinde modellenmesi ve nano malzemelerin nöronları uyarmak için etkili bir araç olarak kullanılabilmesi konuları ele alınmıştır.
    • Ekibin bir doktora sonrası araştırmacı ve altı doktora öğrencisi içerdiği, elektrik-elektronik mühendislerinden malzeme bilimcilere, fizikçiler ve genetikçilere kadar geniş bir alanda çalıştığı belirtilmiştir.
    • Projenin 2015 yılında başlatıldığı ve üç yılda altyapıların oturtulduğu ifade edilmiştir.
    38:23Diğer Çalışmalar
    • Vücuda konulan dikişlerin kendiliğinden erimesi problemi için ışığı derinlere götürebilen fiberler geliştirilmiştir.
    • Dünya'daki ilk defa floresan protein tabanlı televizyon gösterilmiştir.
    • En son çalışmalardan biri olan nano kristallerden LED yapmanın mümkün olduğu ve dünyanın en verimli LED'nin yapıldığı belirtilmiştir.
    39:49Soru-Cevap
    • Akupunkturda iğnelerle yapılan uyarılma ile nöronları uyarabilen teknolojiler arasında benzerlik olabileceği, nöronların ışık, sıcaklık ve muhtemelen basınçla da uyarılabileceği belirtilmiştir.
    • Nöronları uyarma genelde kolay olsa da, sunumda daha özel uyarılardan söz edildiği vurgulanmıştır.
    • Nöronlardaki geri bildirim sisteminin, nöronların stabil dinlenme potansiyeline dönmek için kanalları açıp kapatarak çalıştığı açıklanmıştır.
    • Kuantum sorusundan yararlanarak verimli güneş panelleri yapılabilirliği ve bu konuda yapılan çalışmalar hakkında bilgi verilmiştir.
    46:18Retina İmplantı Çalışmaları
    • Konuşmacı makula dejenerasyonu ve glokom gibi körlüğe yol açan ciddi göz hastalıklarında retina hücrelerini uyarmanın önemini vurguluyor.
    • Laboratuvarda ışığı uyarıya çevirme konusunda çalışmalar yapılıyor ve yüzeydeki uyarıları iyi kontrol edebilen yeni yapılar geliştiriliyor.
    • Retina implantı için esnek bir tabaka olarak ipek fibroin kullanılıyor ve bu malzeme uyumlu ve transparan olduğu için retinanın eğimli kompozit yapısına entegre edilebiliyor.
    50:13Nöral Arayüzler ve Gelecek Çalışmalar
    • Görme sistemi üzerinde yapılan çalışmaların, gelecekte görme korteksine konulabilecek sistemlere de fayda sağlayabileceği düşünülüyor.
    • Matrix filmi gibi, merkezi sinir sistemine doğrudan giren nöral arayüzlerle hızlı öğrenme ve görme korteksine ulaşıp implanta gerek kalmadan görme sağlama potansiyeli var.
    • Laboratuvarda şu anda fare deneyleri için planlar yapılıyor ve esnek elektrotlar kullanılarak iyi bir arayüz oluşturmak hedefleniyor.
    52:10Kalp Krizi Uyarı Sistemi
    • Kalpte elektriksel hücrelerin ritimde hareket ettiği ve bu elektriksel dağılımın dış çeperden algılandığı belirtiliyor.
    • Kalp krizi öncesi uyarı sistemi için sinyal işleme ve yapay zeka teknikleri kullanılabilir.
    • Cep telefonlarındaki ışıklı sensörlerle bile kalp ritmi takip edilebiliyor ve bu sistem daha da güçlendirilebilir.
    55:39Görme ve Renk Algısı
    • Gözde üç çeşit fotoreseptör bulunuyor: maviyi, yeşili ve kırmızıyı daha iyi algılayan.
    • Görme sürecinde fotoreseptörlerden sonra diğer hücrelerle birlikte komplike bir matematiksel işlem gerçekleşiyor.
    • Renkleri sevmek veya sevmemek davranışsal bir konu olup, görme sisteminin teknik boyutundan farklı bir bilim alanına ait.
    57:39Kalp Krizi ve Mikro Elektronikler
    • Konuşmacılar arasında Ümran İnan ve Nobel Ödüllü Canan Dağdeviren bulunuyordu.
    • Canan Dağdeviren'in çalışması, vücut içerisinde mikro düzeyde elektroniklerle değişik mekanizmaları harekete geçirmeye odaklanıyordu.
    • Kalpteki elektrik merkezinin fonksiyon bozukluklarında, esnek sistemlerle kalp üzerine yapıştırılan piller ve giyilebilir elektroniklerle hareketten elde edilen enerjiyi kalbe yönlendirme teknolojileri geliştiriliyor.
    59:17Beyin Tümör Tedavisi ve Teknolojik İlerlemeler
    • Beyin tümörlerinde ilaç tedavisi, vücudun her tarafını dolanarak zehirleyici olabilir, ancak saç kılı inceliğinde iğnelerle beyne doğrudan ilacı zerk eden ve dışarıdan elektronik sistemlerle çalıştırılan yeni bir yaklaşıma geçiliyor.
    • Konuşmacı, geleceğin şekillendirileceğini ve farklı bilim alanlarının birbirini desteklediğini vurguluyor.
    1:01:07Laboratuvar Pozisyonları ve Bilimsel Yaklaşımlar
    • Laboratuvarında elektrik, elektronik, fizik ve kimya alanlarıyla ilgili pozisyonlar bulunuyor.
    • Her bilim alanında yapılan öğrenmenin sadece o bilim alanına değil, yan bilim alanlarına da pozitif etki ettiği vurgulanıyor.
    • Bilimsel bilginin çöp olmayacağı, farklı yaklaşımların birbirini destekleyici ve etkileşime giren alanlar olduğu belirtiliyor.
    1:02:22Optogenetik ve Retinal Implantlar
    • Optogenetik, hücreleri genetik olarak modifiye edip ışığa duyarlı hale getirerek hiçbir implant koymadan körlük tedavisinde kullanılabilecek bir alan olarak tanımlanıyor.
    • Retinal implantlar için geliştirilen yaklaşımların güneş panelleri için de kullanıldığı belirtiliyor.
    • Retinal implantların yüksek çözünürlük sağlayabileceği umut ediliyor çünkü elektron ve deşiklerin difüzyon uzunluğu çok yüksek değil.
    1:06:44Koç Üniversitesi'nin Seçimi
    • Konuşmacı, Koç Üniversitesi'ni tercih etmenin nedeni olarak tıp, temel bilimler ve mühendisliğin güçlü şekilde birleştirilebildiği bir ortamı vurguluyor.
    • Koç Üniversitesi'nde tıbbı ve temel bilimleri mühendislikle kuvvetle birleştirebilme durumunun en büyük avantaj olarak görülüyor.
    • Konuşmacı, farklı background'lardan katılımcılara sunumunu vermek için fırsat bulduğunu ve bu durumun kendisi için keyifli olduğunu belirtiyor.

    Yanıtı değerlendir

  • Yazeka sinir ağı makaleleri veya videoları özetliyor