Yapay Sinir Ağları ve Nöronlar
Yazıma ünlü filozof Friedrich Nietzsche’nin Böyle Buyurdu Zerdüşt kitabından alıntı yaparak başlamak istiyorum:
“Size Üstinsanı öğretiyorum. İnsan aşılması gereken bir şeydir. Onu aşmak için siz ne yaptınız?”
Şimdiye dek tüm varlıklar kendilerinden üstün bir şey yarattılar ama siz bu büyük taşkının cezri olmak ve insanı aşmak yerine hayvana geri dönmek mi istiyorsunuz?
Maymun nedir ki insanın gözünde? Bir kahkaha ya da acı verici bir utanç, insan da işte bu olmalı Üstinsanın gözünde bir kahkaha ya da acı verici bir utanç.
Solucandan insana dek yol aldınız. Ve hâlâ pek çok solucanlık var içinizde. Bir zamanlar maymundunuz ve şimdi bile insan daha fazla maymundur herhangi bir maymundan.
Ancak, en bilgeniz bile uyumsuzluktur; bitki ile hayaletin bir melezidir. Ama hayalet ya da bitki mi olun diyorum ben size?
Bakın, Üstinsanı öğretiyorum size.
Üstinsan yeryüzünün anlamıdır, isteminiz desin ki: Üstinsan yeryüzünün anlamı olsun.”
Tarih boyunca, Üstinsan kavramı çok kez tartışıldı ve sorgulandı. Belki de Gora repliği gibi Üstinsan yaratmaya programlıyızdır :) Böyle Buyurdu Zerdüşt kitabından alıntı yaptığım kısmı okuduğumda bana yapay zekayı anımsatmıştı. Ne demek istediğimi yazıda anlatacağım; nöral ağlar ile açığa çıkacağını düşünmekteyim.
Yapay Zeka’nın bu kadar popülerleşmesinde, Üstinsan merakımızın etkili olması muhtemel. Zaten Yapay Zeka’da kullanmış olduğumuz Yapay Sinir Ağları da tamamıyla Nöral Sinir Ağlarımızın bir taklidi.
Sizlere nöronların yapısını, nöral ağların birbiriyle iletişimini ve son olarak da Yapay Sinir Ağları’nı anlatacağım.
Haydi başlayalım!
Nöron (Sinir Hücresi) nedir?
Nöronlar (sinir hücreleri), vücutta elektrokimyasal sinyalleri alan ve ileten özelleşmiş hücrelerdir. Nöronlar üç temel bölümden oluşur: dendrit, hücre gövdesi ve akson. Sinyaller dendritler yoluyla alınır, hücre gövdesine seyahat eder ve sinapsa (iki nöron arasındaki iletişim noktası) ulaşana kadar aksonda ilerler. *
Görselde x1, x2 … xn olarak gösterilen girdilerimiz. Sağ tarafta y1, y2 … yn ise çıktılarımızı sembolize etmekte.
Görselde görmüş olduğunuz bir multipolar (çok kutuplu) nöron (sinir hücresi). Farklı nöron tipleri olsa da bizim görselde görmüş olduğunuz nöronu irdelememiz yeterli olacaktır. Öncelikle nöronumuzun bölümlerini ve fonksiyonlarını tanıyalım;
Cell body (Hücre Gövdesi): Nöronumuzda bulunan ve dendritler tarafından yeterince uyarıldığında kimyasal işlemi başlatan kısımdır. Soma olarak da adlandırılmaktadır. Her hücrede olduğu gibi sinir hücremizde de çekirdek (yeşil ile gösterilmiş) somada bulunur.
Dendrite: Sinyalin veya uyarının algılandığı yerlerdir. Sinyali algılayıp somaya iletirler.
Axon (Gövde): Gövdenin görevi, somadan aldığı sinyali en az kayıpla akson uçlarına iletmektir. İletim tamamen tek yönlüdür. Görseli baz alırsak soldan sağa doğru gerçekleşir.
Axon Terminal: Evet tanımlayacağımız son kısım akson uçları bu kısımın fonksiyonu; gövdeden aldığı sinyali dendiritlere veya başka bir dokuya iletmektir.
Genel bir çerçeve çizecek olursak; sol taraftan aldığı sinyaller sonucunda belli bir eşiği geçerse, birtakım kimyasal tepkimeler sonucunda sinyali sağ tarafa iletmektir.
Nöronların aktif şekilde gelen uyarıyı iletebilmesi için eşik değeri dediğimiz değeri geçmesi gerekmektedir. Örneğin avuç içinize belli bir uzaklıktan normal şekilde nefes alıp verirseniz bunu hissedemezsiniz fakat avuç içinize kuvvetli bir şekilde üflerseniz bunu rahatlıkla hissedersiniz. Nöronların çalışma prensibi uyarıya tepki vermek ya da hiç vermemektir.
Gerçekleşen olayın dikkat edilmesi gereken bir diğer noktası iki nöron arasındaki sinaptik boşluklar. Bu boşluklar bir nörondan aldığımız çıktının diğer nörona iletilip-iletilmemesini belirliyor. Bu boşluklar arasındaki iletkenlik oranına göre nöronlar arasındaki iletişim oranı belirleniyor. Öğrenme sürecimiz de tam olarak böyle gerçekleşiyor. Sinaptik boşluklardaki iletkenlik durumuna göre aldığımız uyarıların birbirleriyle olan ilişkisi kuruluyor veya bu ilişkiler köreltiliyor.
Yapay Sinir Ağları (YSA)
Artık son bölüm olan Yapay Sinir Ağları’na geçebiliriz. Size güzel bir haberim var; çoğunu yukarıda zaten öğrendiniz :) Sizin için bir grafik çizdim ve anlatımıma bu grafik üzerinden başlamak istiyorum.
Bu hazırlamış olduğumuz görselin farklı çeşidi ile ilerleyerek sizlere bir Yapay Sinir Ağı’nın nasıl çalıştığına dair bilgiler vereceğim.
Öncelikli olarak girdi ve sinaptik boşluk ile başlamak istiyorum. x1, x2, x3 ve ortada yer alan üç nörondan en üstteki nöron ile ilişkisine bakalım. Diğer elemanları görselden kaldırıp ve sinaptik boşluklardaki bağlara birer ağırlık değeri atayıp durumu detaylı bir şekilde irdeleyelim.
Görselde görmüş olduğunuz w’lar aslında sinapsların iletkenlik kuvveti. Böylelikle x ile arasındaki bağ oranını belirleyebiliyoruz. Evet nöronumuza artık girdiler geldi. Bu girdileri toplama fonksiyonu (Dentritler) ile topluyoruz. Artık bunları şu formül ile toplayıp bir z değeri elde edeceğiz: b+x1.w1+x2.w2+x3.w3+x4.w4 = z . Hayda bu “b” değeri nereden çıktı şimdi? :) Biz ona bias diyoruz. Çok fazla konumuzla alakası olmadığından üzerinde durma gereği görmüyorum ama adının “bias” olduğunu bilmeniz zarar getirmez :) Z değerini belli başlı aktivasyon fonksiyonlarından (örnek: sigmoid fonksiyonu) geçirip bir akson çıktısı alıyoruz. Artık nöronlardaki gibi aksonun görevi alınan çıktıyı bir sonraki elemana taşımak.
Sonuç: İnsanlar 80 milyona yakın nöronla birlikte doğmaktadır. Bütün benliğimiz; aşık olmamız, üzülmemiz, psikolojik duygu durumumuz veya bilincimiz tamamıyla bu nöronların birbirleriyle kurduğu bağlantılarla gerçekleştiği düşünülmekte.
Bu bağlamda Yapay Zeka bir Üstinsan yaratma hevesimiz mi? Yapay Zeka’nın da bir bilinci olabilir mi? Şu an mümkün gözükmüyor. Peki ya gelecekte?
Teşekkür:
Yazıyı yazarken yardımlarını ve desteklerini esirgemeyen çok değerli arkadaşlarım: M. İrem Sipahi’ye, İlayda Aksöz’e ve Aslıhan Özmen’e teşekkür ederim…
Kaynaklar:
*https://tr.khanacademy.org/science/biology/human-biology/neuron-nervous-system/v/anatomy-of-a-neuron
http://www.derinogrenme.com/2017/03/04/yapay-sinir-aglari/
