Keď on-line hráči prispeli k veľkému vedeckému objavu

2024 Autor: Sherilyn Boyd | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-16 09:38

S cieľom vyriešiť hádanku o tom, ako oko vníma pohyb a smer, neurovíci najprv potrebovali vytvoriť mapu neurónových dráh sietnice - z jej skľučujúceho počtu možných spojení. Keď vieme, že mnohé ruky (a touchpady) robia ľahkú prácu, vytvorili program, v ktorom on-line hráči používali svoje jedinečné zručnosti na mapovanie týchto spojení - a napriek sebe robili niečo produktívne.

Oči robia viac ako len vidieť

Populárna mylná predstava tvrdí, že vnímanie sa deje úplne v mozgu a miliardy neurónov v tele sú len poslami, ktoré posielajú surové dáta centrálnemu spracovateľovi. V skutočnosti, aspoň u cicavcov, neuróny v sietnici analyzujú zložité informácie oveľa skôr, ako sú údaje odoslané na vaše fazuľa.

K tomu dochádza v dôsledku toho, že v závislosti od typu a umiestnenia neurónovej bunky v sietnici bude vyvolaná rôznymi druhmi stimulov, ako je napríklad svetlo alebo pohyb. V štúdii z roku 1964 sa zistilo, že určité skupiny nervových buniek v sietniciach králikov boli dokonca vyvolané veľkosťou, smerom a rýchlosťou. V skutočnosti by pre niektoré bunky by ich vyvolal iba pohyb v určitom smere, takže pohyb v opačnom smere by nebol - proces označovaný ako smerová selektivita.

Na určenie smeru je potrebných viac ako jedna bunka a spoločne vedú prinajmenšom primitívnu analýzu údajov pred odoslaním cez optický nerv do mozgu.

Až donedávna nikto nebol presne istý, ako tieto rôzne nervové bunky spájajú a komunikujú.

Bunky v sietnici

Niekoľko typov vizuálnych nervových buniek musí spolupracovať v smere vnímania: fotoreceptory, bipolárne neuróny a amarrínové bunky starburst. Fotoreceptory sa spúšťajú svetlom, ktoré zasiahne sietnicu, čím vysiela elektrický signál do bipolárnej bunky, ktorá smeruje signál k amurrínovým bunkám starburst.

Tieto bunky hviezdneho výbuchu (premýšľajte o kolesách bicyklov a ich papieroch) majú početné drobné vlákna (tzv. Dendrity), ktoré sa rozprestierajú v nespočetných smeroch a robia zložité spojenia a cesty, ktoré je ťažké sledovať. Nakoniec sa však informácie odosielajú zo starburst do kolekcie nervových buniek (nazývaných ganglio), ktoré nakoniec posielajú čiastočne analyzované údaje do mozgu.

Vytvorenie hry z vedy (a vedcov z hráčov)

Pred pripojením akýchkoľvek pripojení sa musel najprv vytvoriť kvalitný 3D obraz sietnice. Spočiatku bola myšia sietka nakrájaná na mnoho super-tenkých kúskov a tieto boli skenované pomocou elektrónového mikroskopu. Po ich zostavení bol vytvorený trojrozmerný obrázok, ktorý sa potom premenil na hru EyeWire, kde hráči sú vyzvaní, aby mapovali pobočky neurónov z jednej strany kocky do druhej. Premýšľajte o tom ako o 3D puzzle. Hráči sa pohybujú cez kocku (s veľkosťou približne 4,5 mikrónov na každej strane alebo približne o 10 krát menšou ako je priemerná šírka ľudského vlasu) a rekonštruujú neuróny v objemových segmentoch pomocou algoritmu umelej inteligencie vyvinutého v spoločnosti Seung Lab."

Pre túto výzvu Starburst Challenge bolo najlepšie 2 000 hráčov schopných úspešne zmapovať dosť sietnice pre výskumníkov, aby zistili aspoň jednu z ciest používaných pri detekcii smeru. Vedci tak ocenili príspevky svojich hráčov, EyeWirers boli zaradení ako spoluautorov do akademickej publikácie, kde boli zverejnené zistenia.

Ako si retina detekuje pohyb

V podstate pre každý dendrit na buňke hviezdneho výbuchu by bol na dentrit pripojený určitý typ bipolárnej bunky (BC3) a v blízkosti náboja by bol pripojený iný typ bipolárnej bunky (BC2). Dva typy bipolárnych buniek oheň v rôznych rýchlostiach, pričom BC2 má dlhšie oneskorenie.

Keď svetlo prechádza do pohľadu, stimuluje fotoreceptory, ktoré spôsobujú požiar oboch typov bipolárnych buniek; Často sa správy z dvoch typov buniek pozdĺž dendritu dostanú do bunky hviezdy v rôznych časoch (v žiadnej malej časti kvôli dlhšiemu oneskoreniu BC2).

Keď sa však objekt v pohľade posúva pozdĺž smeru daného dendritu, správy odoslané z jeho dvoch typov bipolárnych buniek (BC2 a BC3) zasiahli bunku hviezdneho výbuchu v rovnakom čase, čo bude dostatočne ohromené, že vysiela signál do svojej gangliovej bunky: "V podstate hovorí mozgu, že sa objekt pohybuje v smere určenom orientáciou dendritu s vysokým zápalom."

Autori štúdie varujú, že iba malá časť dráh sietnice bola zmapovaná a že pravdepodobne sú iné detekcie pohybu zapojené aj iné nervové bunky.

Ostatné mozgové hry

Nie je to obmedzené len na zrak, EyeWire dúfa, že mapuje všetky mozgové pripojenia (tzv. Connectome), a nový projekt je v procese sledovania neurónových ciest, ktoré spájajú špecifické vône s emocionálnymi reakciami.

Bonus Fakty o neurónoch

• Posádka EyeWire prijala obrovskú úlohu. Existuje viac ako 85 miliardy neurónov v priemernom ľudskom tele a medzi 19 a 23 miliárd v práve mozgovej kôre (kde malé šedé bunky robia svoje komplexné myslenie). Pre porovnanie, našim najbližším konkurentom je africký slon, ktorý má v kôre svojho veľkého mozgu iba 11 miliárd neurónov.
• Hoci konvenčná múdrosť usúdila, že neokortex (kde sa vyskytuje naše najzložitejšie myslenie) sa vyskytuje iba u cicavcov, nedávne štipendium to spochybňuje. Najmenej dva druhy vtákov a jeden z korytnačiek každý majú rovnaký typ "neokortex-podobných buniek" v rôznych častiach ich mozgu, čo vedie k niektorým otázka, či sú alebo nie sú schopné pokročilých mozgových funkcií. Naproti tomu morské špongie majú nulové (0) nervové bunky.