Bilgisayarlı Görü’ye İlham Veren Dünyanın En Karmaşık Görsel Sistemi

Bilgisayarlı Görü’ye İlham Veren Dünyanın En Karmaşık Görsel Sistemi

Bulent Siyah's photo
Bulent Siyah
·

4 min read

Bilgisayarlı Görü (Computer Vision) alanında çalışmalar yapan biri olarak aslında bizden farklı görme yeteneklerine sahip canlıları merak ettim.

Bilgisayarlı Görü, bilgisayarların dijital görüntülerden veya videolardan nasıl bir anlam kazanabileceğiyle ilgilenen disiplinler arası bilimsel bir alandır. Bu disiplin örneğin bir makineye görme yetisi kazandırmayı hedeflerken, tabi ki en iyi gören canlıyı ve onun dünyayı nasıl algiladigini anlamaya çalışmak, “en iyi görme” hedefini de belirlemek anlamına gelir.

O halde işte karşınızında dünyanın en iyi görsel sistemine sahip canlısını Stomatopoda! (Daha yaygın bilinen adıyla Mantis karidesi)

Mantis karidesi veya stomatopod’larin gözleri hareketli saplara monte edilmiştir ve birbirinden bağımsız hareket edebilir. Hayvanlar alemindeki en karmaşık gözlere ve görsel sisteme sahip oldukları düşünülüyor. Mantis karideslerinin sahip olduğu gözler, yeni nesil iletişim sistemleri geliştirilmesini sağlayarak teknolojide çığır açabilir. Gözleri en az 100 bin rengi algılaması sağlayan çok sayıda hücreye sahip bulunuyor. Bu rakam insan gözünün algılayabildiği renk sayısının 10 katı.

Stomatopoda’ları Daha İyi Tanıyalım

Mantis karidesi veya stomatopodlar, yaklaşık 340 milyon yıl önce Malacostraca sınıfının diğer üyelerinden dallanan Stomatopoda takımının etçil deniz kabuklularıdır.

Yeryüzündeki bütün canlıların görme yetenekleri birbirinden farklıdır. Gözlerimizde renkleri görmemizi sağlayan reseptörler vardır. Köpeklerde iki fotoreseptör (yeşil ve mavi), insanlarda üç fotoreseptör (mavi, kırmızı ve yeşil), kuşlarda ise dört fotoreseptör ( kırmızı, yeşil, mavi ve UV) vardır. Peki sizce Mantis karidesleri kaç fotoreseptöre sahiptir?

Mantis karideslerinin tam 16 çeşit reseptörü vardır. Bu reseptörlerin 12 tanesi renk algısı, 4 tanesi de renk filtresi içindir. Sussex Üniversitesi’nden nörolog Daniel Osorio bu durumu renkli gözlük takmaya benzetir ve şöyle anlatır: ‘Bu filtreler bazı frekanstaki ışıkları engellerken bazılarının da geçmesine izin verir. Bunu mavi ışığı azaltmak ve bulutlu havalarda netliği arttırmak için sarı mercekli gözlük takmaya benzetebiliriz.’

Mantis karidesleri çiftleşme ritüelleri sırasında aktif olarak flüoresans yayarlar ve bu flüoresansın dalga boyu göz pigmentleri tarafından tespit edilen dalga boylarıyla eşleşir. Dişiler yalnızca gelgit döngüsünün belirli evrelerinde doğurgandır. Bu nedenle, ayın evresini algılama yeteneği, boşa giden çiftleşme çabalarını önlemeye yardımcı olabilir. Ayrıca bu karideslere, kıyıya yakın sığ sularda yaşayan türler için önemli olan gelgitin boyutu hakkında bilgi verebilir. Bu üstün görme yetenekleri sayesinde derinliği ve tüm nesnelerin kendisine olan uzaklığını hesaplayabilmektedirler. Böylece Mantis karideslerinin algıladıklarını hayal bile etmemiz imkânsız hale gelir.

Sapların üzerine yerleşmiş gözleri saniyede birkaç yüz derece çevrilebilecek kadar hızlı hareket eder. Böylece çok geniş bir görüş alanına sahip olur. Gözündeki üç görsel bölgeyi de eşzamanlı olarak kullanabilmektedir. İnsan da dahil olmak üzere birçok hayvan türünde görülen dürbünsel (binoküler) görüşü bir kademe öteye taşıyarak, üç-merkezli (trinoküler) görüşe sahip olabilmektedir.

Mantis karideslerinin görebildiği ışık aralığı da insandan çok daha geniştir. İnsan için kızılötesi ve morötesi olan alandaki ışıkları bile çok rahatlıkla görebilmektedirler. İnsan mavi ışığın 400 nanometrelik dalga boyundan, kırmızı ışığın 700 nanometrelik dalga boyuna kadar görebilmektedir. Mantis karidesleri ise 250-300 nanometreden başlayıp (ki burasını tanımlayabilecek renklere sahip değiliz, mor ötesi olarak tanımlamaktayız) 800-900 nanometreye kadar ulaşabilmektedirler (ki benzer şekilde biz burayı sadece kızılötesi olarak tanımlayabiliyoruz)

İlham Alan Mühendisler İleri Sistemleri Geliştirmeyi Hedefliyor

Gözleri sayesinde hayvanlar âleminde diğer hiçbir canlıda olmayan bir özelliğe sahip olan Mantis karidesleri dairesel polarize filtre (CPL) olarak bilinen ışığı algılayabiliyorlar. CPL, bir ışık doğrusunun ekseni etrafındaki elektromanyetik dalgaların, 360 derece dönmesiyle oluşuyor. Dünyada CPL algısına sahip tek canlı olan Mantis karidesinin bu yeteneği 2008 yılında keşfedildi. Karidesin bu özelliği ilk olarak aynı yıl Mart ayında Current Biology dergisi tarafından duyuruldu. Bu noktadan ilham alan mühendisler, Mantis karideslerinin CPL algılama yeteneği sayesinde, ışığın çok daha etkin kullanılabileceği ileri teknoloji iletişim sistemleri geliştirmeyi hedefliyor. Mühendisler, ışığın CPL’de olduğu gibi serbest dönüş hareketinden faydalanılması sayesinde, çok daha güçlü çözünürlük elde ederek görüntü kalitesini artırmayı amaçlıyor.

Araştırmacılar, Mantis karideslerinin gözlerindeki daha geniş fotoreseptör çeşitliliğinin, görsel bilginin beyin yerine gözler tarafından önceden işlenmesine izin verdiğinden şüpheleniyorlar. Aksi takdirde, beyinlerinin renk algısının karmaşık göreviyle başa çıkmak için daha büyük olması gerekirdi. Gözlerin kendisi karmaşık ve henüz tam olarak anlaşılmamış olsa da, sistemin prensibi basit görünüyor. İnsan görsel sistemine benzer bir dizi duyarlılığa sahiptir, ancak tam tersi şekilde çalışır. İnsan beyninde, alt temporal korteks, renkli deneyimler yaratmak için gözlerden gelen görsel uyarıları işleyen çok sayıda renge özgü nörona sahiptir. Mantis karidesi bunun yerine, insan beyni nöronlarıyla aynı işlevi gerçekleştirmek için gözlerindeki farklı tipteki fotoreseptörleri kullanır, bu da hızlı renk tanımlaması gerektiren bir hayvan için daha verimli bir sistemle sonuçlanır. İnsanlarda daha az fotoreseptör türü var ancak daha fazla renk ayarlı nöron varken, mantis karidesleri daha az renk nöronuna ve daha fazla fotoreseptör sınıfına sahiptir.

Queensland Üniversitesi'nden araştırmacılar tarafından yapılan bir yayın, mantis karidesinin bileşik gözlerinin kanseri ve nöronların aktivitesini tespit edebileceğini çünkü kanserli ve sağlıklı dokudan farklı şekilde yansıyan polarize ışığı algılamaya duyarlı olduklarını belirtti. Çalışma, bu yeteneğin, fotodiyotların üzerinde polarizasyon filtreleyen mikrovillileri çoğaltmak için alüminyum nanotellerin kullanımı yoluyla bir kamera aracılığıyla kopyalanabileceğini iddia ediyor.

Bu yazı aşağıdaki kaynaklardan derlenmiş bir çalışmadır. Yazının oluşmasında değerli katkıları ve çeviri desteklerinden dolayı Zehra Nur Günindi ve Muhammed Emin Arayıcı’ya teşekkür ederim.

►►Kaynaklar:

Computer Vision