Dokunmanın Geleceği: BCI Kullanıcıları için Yapay Duyuların Geliştirilmesi

Hızlı teknolojik ilerlemeler, insanlar ile makineler arasındaki çizgiyi giderek daraltıyor. Bu ilerlemenin ön saflarında, beyin‑bilgisayar arayüzü (BCI) yer alıyor; bu, beynin elektriksel aktivitesi ile dış bir çıktıyı doğrudan iletişim kuran bir bağlantı oluşturuyor.

Beyin ile bilgisayar arasındaki iletişimi kolaylaştırarak, BCI fiziksel engelli kişilerin yeteneklerini geri kazanmalarına yardımcı olur. Beyinlerimizdeki aktiviteyi, kas hareketi gibi vücut fonksiyonlarını yerine koyabilecek veya iyileştirebilecek sinyallere dönüştürür, genellikle beyin tarafından kontrol edilen. Bu şekilde, BCI insanların yaşam kalitesini artırmada büyük bir potansiyel sergiliyor. 

Yaklaşık yarım yüzyıldır geliştirilen BCI, yıllar içinde büyük ilerlemeler kaydetti; araştırmacılar artık teknolojinin felç, motor bozuklukları, konuşma güçlükleri ve şizofreni semptomları gibi engellere sahip kişilerin yeteneklerini etkili bir şekilde geri kazandırma yeteneğini gösteriyor.

Araştırmalar ayrıca BCI kullanımının engelli kişilerin kaybettikleri dokunma hissini deneyimlemelerine yardımcı olduğunu gösterdi. Ancak bu dokunsal hisler hâlâ kusurlu ve farklı doku ya da sıcaklıktaki nesneler arasında benzer kalıyor. Şimdi bilim insanları sezgisel bir dokunma hissi yaratmaya çalışıyor.

Dokunma, hayatımızın ayrılmaz bir parçasıdır; sadece başkalarıyla bağ kurmamıza değil, nesneleri alıp yürümemize de yardımcı olur. Chicago Üniversitesi’nden bir nörobilimci olan Charles Greenspon’a göre:

“Çoğu insan, görme yerine ne kadar sık dokunmaya güvendiklerini fark etmez. Eğer hissedemiyorsanız, bir şey yaparken elinizi sürekli izlemek zorundasınız ve yine de nesneleri dökme, ezme ya da düşürme riskiniz vardır.”

Protez uzuvlarda hissiyatı geri kazandırmak için, araştırmacılar o belirli fonksiyondan sorumlu beyin bölgelerine yerleştirilen küçük elektrot dizileri kullanıyor. 

Bu, katılımcıların sadece hareketi düşündükçe, üzerindeki sensörlerin dokunmaya adanmış beyin bölgelerinde elektriksel aktivite darbeleri tetiklemesiyle bir robotik kol kullanarak uzuvlarını hareket ettirmelerine olanak tanır. Bilim insanları dokunma hissi yaratabilse de, bu hisler oldukça zayıftı ve temasın tam olarak nerede gerçekleştiğini belirlemek zordu.

Ancak şimdi, yepyeni bir araştırma, beyin‑bilgisayar arayüzü kullanıcılarının ekranda gösterilen farklı nesneler için benzersiz dokunsal deneyimler tasarlamasını ve ardından yalnızca hisse dayanarak nesneyi belli bir doğrulukla tahmin etmesini sağladı.

Protezlerde Duyusal Geri Bildirimin Entegrasyonu ile İlgili Zorluk

Pittsburgh Üniversitesi Tıp Fakültesi bilim insanları, tetrapleji (dört uzuv felci) olan kişilerin kaybettikleri dokunma hissini geri kazanmalarını sağlayan bir BCI geliştirmeye daha da yaklaştıkları bir atılım gerçekleştirdi.¹

Tetrapleji, bir kişinin hem kollarında hem bacaklarında hareket kaybetmesi ve genellikle gövdesinde de hareket kaybı yaşaması durumudur; bu genellikle servikal omurilik yaralanması, felçler veya diğer nörolojik hasarlar nedeniyle ortaya çıkar.

Bu hasar, beynin dokunma gibi duyusal bilgileri alıp işlemesine olanak tanıyan sinyalleri bozar ve bu da hastanın etkilenen uzuvlarda his kaybına yol açar.

Protezler, kaybedilen fonksiyonu yerine koymak için yapay bir uzuv sağlarken, bu yalnızca gerçek bir uzuv gibi dokunma hissi de sunarlarsa mümkün olur. Geleneksel yapay uzuvlar ağırlıklı olarak hareketi geri kazandırmaya odaklanmıştı, ancak teknolojik ilerlemeler sensörler ve elektriksel uyarım kullanarak dokunma hissi sağlamayı mümkün kıldı.

Uzuvların kaybedilen fonksiyonunu tamamen geri kazandırmak için, cihazın insan algısı ve eylemini birleştiren mevcut sensorimotor sistemle sorunsuz bir şekilde bütünleşmesi gerekir.

Bunu başarmak için dokunsal geri bildirim çok önemlidir. Bu tür bir duyusal etkileşim, cihazlarla fiziksel dokunma deneyimlerine dayanır.

Bu tür bir geri bildirimi sağlamanın umut verici bir yolu, somatosensör kortekse yapılan intrakortikal mikrouyarımlama (ICMS) yoluyla olabilir; bu, kişinin felçli uzvunda yerel hisler uyandırabilir. Dokunsal bilgiyi doğrudan beyine ileterek, ICMS yüksek seviyeli amputasyon veya omurilik yaralanması olan kişiler için çekici bir seçenek sunar.

Ancak, bunu başarmak basit değil; dokunmanın sinirsel işlenmesi konusundaki sınırlı anlayışımız nedeniyle oldukça zordur. Donanım kısıtlamaları da sinirsel yanıtları doğal şekilde taklit etme yeteneğini sınırlar. Ayrıca, uyarım parametre uzayı karmaşıktır ve yapay deneyimin ne kadar gerçek olduğunu ölçen raporlar önyargıya açık ve yorumlaması zordur.

Somatosensör kortekste mikrouyarımlama yoluyla tetiklenen dokunuşun konumu ve şiddeti güvenilir bir şekilde iletilebilse de, daha karmaşık doğal hisler geliştirmede sorunlar vardır; bu, geniş bir uyarı uzayını etkili bir şekilde taramak için yetersiz teknikler ve algısal kalitenin analizinde problemler içerir.

ICMS’nin psikofiziğini inceleyen çoğu çalışma, bir seferde tek bir uyarım parametresini manipüle etmiştir. Çalışmaların çoğu, deneyimledikleri hisleri sözlü olarak ifade edemeyen insan olmayan primatlarda yapılmıştır.

ICMS yoluyla tetiklenen hislerin kalitesini keşfetmek için daha verimli yöntemlere kesinlikle ihtiyaç vardır.

Bu nedenle, en son çalışmada, Pitt ve Chicago Üniversitesi arasındaki iş birliğiyle, bilim insanları karmaşık doğal hisler yaratma zorluklarını ele alan bir arayüz sundular.

Çalışma, insanların nihai olarak günlük yaşamda kapalı döngü BCI’leri kullanmaları beklendiğinden, ICMS ile tetiklenen hislerin fonksiyonel kullanımını ve deneyimini araştırmanın önemli olduğunu belirtti.

Ancak, bu tür araştırmalarda mevcut katılımcı örnekleği sınırlıdır. Somatosensör ve motor kortekslerinde çift yönlü intrakortikal implantları bulunan yaklaşık yedi kişi mevcuttur ve çalışmada bunlardan üçü yer almıştır.

BCI Kullanıcılarını Duyusal Deneyimlerini Tanımlamaya Yetkilendirme

Bilim insanları tarafından oluşturulan arayüz, tetrapleji yaşayan üç erkek birey tarafından farklı sanal nesneler için hislerini tasarlamak amacıyla kullanıldı.

Yapay dokunsal hisler, bir kedi, bir elma, bir anahtar, bir havlu ve bir tost dilimi ile etkileşimleri temsil edecek şekilde tasarlandı. Bu nesneler, tanıdıklık, hoşluk, sıcaklık, mikro ve makro doku, nem, sürtünme ve uyum gibi dokunsal boyutları kapsadığı için seçildi.

Katılımcılar, sol ellerindeki kalan fonksiyonu kullanarak, avuç içi yüzeyinde “dokunma” hisleri üreten tablet arayüzüyle etkileşime girdi.

Yapay dokunuşlarıyla nesneleri keşfederken, katılımcılar elmanın serin yuvarlaklığını, bir kapı anahtarının pürüzsüz, sert yüzeyini ve bir kedinin sıcak tüyünü tanımladı. Bu, yapay dokunuşun çoğu zaman karıncalanma ya da vızıltı gibi hissettirdiği ve nesneler arasında bile değişmediği önceki deneylerden tamamen farklıdır.

Bu deneyi önceki araştırmalardan ayıran, katılımcıların kendi uyarımlarını kontrol edebilmeleri ve görsel olarak sunulan bir nesneyi aktif olarak keşfedebilmeleriydi.

Görüş ve keşif olmayan pasif uyarımda, insanlar genellikle basınç veya titreşim gibi deri seviyesinde hisler bildirir. Bunun nedeni katılımcıların dikkatinin vücutlarına odaklanmasıdır.

Buna karşılık, aktif keşifteki katılımcılar muhtemelen dış dünyaya odaklanırlar. Bu nedenle aynı algıyı nesne odaklı hisler, örneğin pürüzlülük olarak yorumlarlar. Bu, en son çalışmadaki katılımcıların spontan olarak daha fazla nesne odaklı his tanımlamaları rapor etmelerinin nedeni olabilir.

Katılımcıların, tablette gösterilen bir nesneyi “dokunarak” uyarım sunumunu kontrol etme yeteneği, daha gerçekçi bir deneysel bağlam yaratmaya yardımcı oldu. Burada, deneyimlenen hisler, anlamlı bir bağlam olmadan deneyci tarafından yönlendirilen uyarımın sonucu değil, hedefli keşif hareketlerinin sonucuydu.

Bilim insanları temelde BCI kullanıcılarına, dokunsal hisleri yaratan elektriksel uyarımın ayrıntıları üzerinde kontrol verdi; bu kararları kendileri vermek yerine, onlara sezgisel gelen bir dokunma hissi yeniden yaratma imkanı tanıdı. Pitt Rehab Neural Engineering Labs’ta eski bir postdoc araştırmacı ve şu anda Texas Güneybatı Üniversitesi’nde nörolojik cerrahi ve biyomedikal mühendisliği yardımcı doçenti olan baş yazar Ceci Verbaarschot’a göre:

“Dokunma, sözsüz sosyal iletişimin önemli bir parçasıdır; kişisel bir his olup çok fazla anlam taşır.” 

She added:

“Kendi hislerini tasarlamak, BCI kullanıcılarının nesnelerle etkileşimlerini daha gerçekçi ve anlamlı hissetmelerini sağlar; bu da bizi kullanımı hoş ve sezgisel bir nöroprotez yaratmaya daha da yaklaştırıyor.”

Nöral Girdi Tek Başına Duyusal Gerçekliğin Yeniden İnşası

Çalışma sırasında, mükemmel dokunuşu ararken, bilim insanları BCI katılımcılarına önce tost, havlu, anahtar, elma veya kedi dokunuyormuş gibi hissettiren bir uyarım parametresi kombinasyonu bulmalarını istedi.

Bu süreçte, kullanıcılar dijital olarak sunulan nesneyi keşfetti. Çalışma katılımcıları nesneleri canlı terimlerle tanımladı; bu öznel bir yaklaşımdı. Örneğin, bir katılımcı kediyi ipeksi ve pürüzsüz olarak tanımlarken, diğeri onu hafifçe vurulmuş ve sıcak olarak tanımladı. Ardından görseller kaldırıldı ve sadece uyarımları kullanarak nesneleri tanımaları gerekti.

BCI kullanıcıları için “dokunma” deneyimini simüle etmek amacıyla, çalışma üç elektrodu sırasıyla uyardı. Bu elektrotların her biri, nesnenin farklı bölgeleriyle temas ederek, elin komşu bir bölgesinde bir his uyandırdı.

Katılımcılar, görsel ipucu olmadan beş nesneden birini %35 oranında doğru tanımlayabildi; bu, şansa göre önemli ölçüde yüksek ancak daha fazla iyileştirme gerektiren bir sonuçtur. Ancak, daha fazla dokunsal özelliği ortak olan nesneler arasında iki his arasındaki karışıklık arttı.

“Bu çalışmayı ay’a ulaşmak için tasarladık ve yörüngeye yerleştirdik. Katılımcılar, sadece dokunsal hisle nesneleri ayırt etme konusunda gerçekten zor bir görevle karşılaştılar ve bu konuda oldukça başarılı oldular.”

– Kıdemli çalışma yazarı Robert Gaunt, Ph.D., Pitt’te fiziksel tıp ve rehabilitasyon doçenti

Gaunt, hataların bile “öngörülebilir” olduğunu belirtti; çünkü hem havlu hem de kedi yumuşak olduğu için ayırt etmek daha zordur, oysa kedi ile anahtar arasında karışıklık daha az olasıdır.

Genel olarak, çalışma katılımcıların geniş bir parametre uzayının zorlu ortamında bile farklı nesne hisleri oluşturabilmelerinin umut verici olduğunu buldu.

Çalışma, somatosensör kortekste mikrouyarımlamanın çeşitli somut özelliklere sahip sezgisel algılar uyandırabileceği sonucuna vardı. Daha karmaşık uyarımlar, “insanların yapay algılanan nesneleri daha yüksek hassasiyet ve sezgiyle ayırt etmelerini sağlayabilecek daha geniş bir algısal uzayı açığa çıkarır” dedi.

Bu, bireyin benzersiz duyusal dünyasıyla sorunsuz bir şekilde bütünleşen yapay bir uzuv yaratma yönünde büyük bir adımdır.

BCI’lerde Yapay Dokunuşun Geliştirilmesine Yönelik Artan Odak

BCI dünyasında, dokunuşu daha sezgisel hâle getirmeye yönelik artan bir odak vardır. Sadece bu yıl içinde, birkaç araştırmacı robotik protez kollar ve motor kontrol ile dokunma hissi geri kazandıran BCI’lerde ilerleme kaydetti.

Nörobilimci Greenspon ve ekibi, yapay uzuvlarda doğal dokunma hisleri yaratmadaki mevcut sınırlamaları, elektriksel uyarımlı dokunma hislerinin tam olarak konumlandırılması, istikrarı ve günlük kullanım için yeterince güçlü olmasını sağlayarak ele aldı.

Bunun için, dokunma merkezlerindeki tek tek elektrotlara kısa darbeler verdiler. Ardından katılımcılar hissettikleri her bir hisin konumunu ve şiddetini raporlayarak, belirli vücut bölümleri için beyin bölgelerinin kapsamlı bir haritasının oluşturulmasına yardımcı oldular.

Testler, birbirine yakın iki elektrodu aynı anda uyararak katılımcıların daha güçlü ve net bir dokunuş hissettiğini gösterdi.

Tamamlayıcı makale, örtüşen duyusal konumlara sahip elektrot kümeleri yerleştirerek yapay dokunuşu daha sezgisel ve sürükleyici hâle getirmeye çalıştı. Bu, katılımcıların nazik bir kayma dokunuşu olarak tanımladığı hisleri üretti; ancak sağlanan uyarım küçük, ayrı adımlardan oluşuyordu.

Elektrotları sırasıyla aktive etmek, katılımcıların karmaşık somut şekilleri ayırt etme ve dokunulan nesnelerdeki değişikliklere yanıt verme yeteneğini de geliştirdi; bu da biyonik geri bildirimi doğal dokunuşun karmaşık ve hassas yeteneklerine daha da yaklaştırdı.

“Beyin‑kontrollü bir biyonik uzuv kullanan bir katılımcı için yönelim, eğrilik, hareket ve 3B şekillerle ilgili dokunsal hisler ilettik. Şu anda yapay dokunuşun başka bir seviyesindeyiz. Bu zenginliğin, insan eline özgü yüksek dereceli beceri, manipülasyon ve çok boyutlu dokunsal deneyim seviyesine ulaşmak için kritik olduğuna inanıyoruz.”

– Çalışmanın baş yazarları Giacomo Valle, Chalmers Teknoloji Üniversitesi Yardımcı Profesörü.

Bu arada, Max Planck Entelektüel Sistemler Enstitüsü’ndeki bilim insanları, mevcut cihazların yeteneklerini aşan, rahatlatıcı bir dokunuş, cilde baskı ve geniş frekanslarda titreşim gibi ifade edici dokunsal hisler sunabilen giyilebilir cihazlar icat etti. 

Haptiği hisleri genişletmek için, zaman içinde voltajı değiştirerek birden fazla dokunuş türü sunabilecek şekilde özelleştirilebilen elektrikli kesit elektrolik (CUTE) giyilebilir cihazlar geliştirdiler.

“CUTE cihazlarımız, hafif giyilebilir sistemlerin hoş ve ifade edici dokunsal iletişim sağlamasının uygulanabilirliğini gösteriyor. Gelecek gelişmeler, bu teknolojinin vücudun daha geniş bölgelerine uygulanmasını, daha karmaşık hislerin üretilmesini ve daha önce oluşturulması zor olan haptik ipuçlarının insan algısının incelenmesini sağlayabilir.”

– İlk yazar Natalia Sanchez, MPI-IS’de doktora öğrencisi

Beyin‑Bilgisayar Arayüzü Alanına Yatırım

Most companies working on brain‑computer interfaces are still private, which makes it hard for regular investors to get exposure. ClearPoint Neuro is one of the few public exceptions. It doesn’t build BCIs itself, but its MRI‑guided surgical tools are already used in hospitals to implant neural devices. That makes it a behind‑the‑scenes player helping push the field forward—and a rare chance to invest in this space through the public market.

ClearPoint Neuro Inc. (CLPT )

ClearPoint Neuro, gen tedavisine olanak sağlayan bir şirket, beyin ve omuriliğe hassas navigasyonda uzmanlaşmıştır. Beyinde cihazların hassas yerleştirilmesini kolaylaştıran platformlar sunarak, teknolojisi BCI sistemlerinin geliştirilmesi ve uygulanmasında önemli bir rol oynar ve uygulamalarını ilerletir.

Dünya çapında 50’den fazla BioPharma ortağı ve 75’ten fazla nörocerrahi merkezi ile ClearPoint, bu yeni sektörde büyümek için iyi konumlanmıştır.

387 milyon dolar piyasa değerine sahip olan şirket hisseleri şu anda 13,86 $ fiyatla işlem görmekte, bu yıl şu ana kadar %9,75 düşüş kaydetmiştir. EPS (TTM) -0,70 ve P/E (TTM) -19,68 iken, hissedarlara temettü sunulmamaktadır.

Şirket finansallarına gelince, ClearPoint 2024 yılı için 31,4 milyon dolar gelir bildirdi. Önceki yıla göre %31 artışla, şirket onuncu ardışık büyüme yılını yaşadı. Bu dönemde satışlarında %61 brüt marj elde etti; bu, önceki yıla göre %4 artıştır.

Bu, “en güçlü finansal ve stratejik performans” olarak CEO Joe Burnett tarafından belirtildi ve şunları ekledi: “Çok önemli olan, ClearPoint’in şirket olarak bir sonraki aşamasına geçtiğimizi hissetmemiz; bu aşamayı ‘Fast. Forward’ olarak adlandırıyoruz.”

10 milyon dolarlık bir dönüştürülebilir notun erken geri ödemesini yaptıktan sonra, şirket yıl sonunda hiçbir borcu kalmamıştı. Bu dönemde harcanan nakit 9 milyon dolar olup, ClearPoint’in 2023 harcamasına göre %35 daha azdır. 31 Aralık 2024 itibarıyla, şirketin nakit ve nakit benzerleri 20,1 milyon dolar idi.

En son, şirket FDA’ya ClearPoint Prism Neuro Lazer Terapi Sistemi’nin MRI için kullanımını genişletmek üzere başvurdu. Bu adım, şu anda erişilemeyen ABD İnterstisyel Termal Terapi (LITT) pazarını şirket için açabilir.

Clearpoint Neuro Inc. ile En Son Haberler

Sonuç

Beyin aktivitesinden doğrudan ortamımızda bir şeyi hareket ettirme ya da kontrol etme niyetimizi belirleme yetenekleri sayesinde, beyin‑bilgisayar arayüzleri (BCI) özellikle engelli bireylerin teknoloji ve çevreleriyle etkileşim biçimlerini devrim niteliğinde değiştirme konusunda muazzam bir potansiyel sergiliyor. BCI’ler temelde kullanıcıların sadece düşünceleriyle cihazları kontrol etmelerini sağlıyor.

Pitt Med’den gelen ve kullanıcıların kendi dokunsal ortamlarını yaratmalarına olanak tanıyan çalışma, sadece fonksiyon geri kazandırmaktan deneyim geri kazandırmaya önemli bir geçişi işaret ediyor. Bu, protezlerin sadece araçlardan daha fazlası olabileceğini; aslında benliğin uzantıları olabileceğini gösteriyor.

Bu hâlâ bir başlangıç; iyileştirme için önemli bir alan mevcut. Ancak BCI sistemleri geliştikçe, yapay ve biyolojik his arasındaki çizgi bulanıklaşmaya devam edecek ve bununla birlikte, algılayışımızı, etkileşimimizi ve hatta bilinci tanımlama biçimimizi yeniden şekillendirecek gelişmiş yetenekler ortaya çıkacak.

En iyi beyin‑bilgisayar arayüzü şirketlerinin listesi için buraya tıklayın.

Referans Alınan Çalışmalar:

1. Verbaarschot, C., Karapetyan, V., Greenspon, C. M., Cramer, A., van der Kouwe, A., Wendelken, S., … & Andersen, R. A. (2025). İnsan somatosensör korteksinin özelleştirilmiş intrakortikal mikrouyarımlamasıyla dokunsal nesne özelliklerinin iletilmesi. Nature Communications, 16, 4017. https://doi.org/10.1038/s41467-025-58616-6