Ko so spletni igralci prispevali k pomembnemu znanstvenemu odkritju

2024 Avtor: Sherilyn Boyd | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-16 09:38

Da bi rešili uganko o tem, kako oko zaznava gibanje in smer, so nevroznanstveniki najprej morali ustvariti zemljevid mrežnih stez mrežnice - iz njene zastrašujoče število možnih povezav. Ker veš, da veliko roka (in touchpads) naredi lahka dela, so razvili program, v katerem so spletni igralci uporabili svoje edinstvene spretnosti in spretnosti, da bi preslikali te povezave - in naredili nekaj produktivnega kljub sebi.

Oči naredijo več kot le videti

Priljubljena napaka je, da se percepcija zgodi v možganih, milijarde nevronov v telesu pa so le glasniki, ki pošljejo surove podatke centralnemu procesorju. Dejstvo je, da vsaj pri sesalcih nevroni v mrežnici analizirajo kompleksne informacije že preden se ti podatki pošljejo na vaš fižol.

To se zgodi zato, ker bo odvisno od vrste in lokacije nevronske celice v mrežnici sproži različne vrste dražljajev, kot so svetloba ali gibanje. V študiji iz leta 1964 je bilo ugotovljeno, da so nekatere skupine živčnih celic v retinah zajcev celo sprožile velikost, smer in hitrost. Pravzaprav bi se za nekatere celice sprožilo samo gibanje v določeni smeri, tako da gibanje v drugi smeri ne bi - proces, ki se imenuje selektivnost smeri.

Za določitev smeri je potrebna več kot ena celica in skupaj vodita vsaj primitivno analizo podatkov, preden jo pošljejo skozi optični živec v možgane.

Vendar pa do nedavnega nihče ni bil natančno prepričan, kako se te različne nevronske celice povezujejo in komunicirajo.

Celice v mrežnici

Več vrst vizualnih živčnih celic mora sodelovati pri zaznavi smeri: fotoreceptorji, bipolarni nevroni in amakrinske celice starburstov. Fotoreceptorje sprožijo lahki udarci v mrežnico, pri čemer pošljejo električni signal bipolarni celici, ki posreduje signal amakrinskim celicam starburstov.

Te celice starburst (mislijo na kolesno kolo in njene nožice) imajo številne drobne filamente (imenovane dendrite), ki se raztezajo v številnih smereh, izdelujejo kompleksne povezave in poti, ki jih je težko slediti. Sčasoma pa se informacije pošiljajo iz zvezde v zbirko živčnih celic (imenovanih ganglion), ki na koncu pošlje delno analizirane podatke možganom.

Izdelava igre iz znanosti (in znanstvenikov iz iger)

Preden bi bilo mogoče preslikati vse povezave, je bilo treba najprej izdelati kakovostno 3D podobo mrežnice. Na začetku je bila mrežna mrežnica narejena na veliko super tankih kosih, ki so jih skenirali z elektronskim mikroskopom. Ko so bili sestavljeni, je bila ustvarjena 3D slika, ki je bila potem spremenjena v igro EyeWire, kjer "se igralci izzovujeta, da bodo na eni strani kocke razporedili veje nevrona na drugo. Pomislite na to kot 3D uganka. Igralci se pomikajo skozi kocko (približno 4,5 mikronov na stran ali ~ 10x manjši od povprečne širine človeške lase) in rekonstruiraj nevronov v volumetričnih segmentih s pomočjo algoritma za umetno inteligenco, razvitega v Seung Labu."

Za ta Starburst Challenge, najboljši 2.000 igralci so lahko uspešno preslikali dovolj mrežnice, da bi raziskovalci prepoznali vsaj eno od poti, ki se uporabljajo pri odkrivanju smeri. Znanstveniki so bili tako cenjeni za prispevke svojih igralcev, zato so bili EyeWirers vključeni kot soavtorji v akademski list, kjer so bile objavljene ugotovitve.

Kako Retina zazna gibanje

V bistvu za vsak dendrit na celici starbursta bi bila določena vrsta bipolarne celice (BC3) pritrjena navzven vzdolž dentrita, druga pa bipolarna celica (BC2) pa bi bila pritrjena blizu pesta. Dve vrsti bipolarnih celic požar pri različnih stopnjah, pri čemer ima BC2 daljšo zamudo.

Ko se svetloba premakne v pogled, spodbuja fotoreceptorje, ki povzročijo, da bosta obe vrsti bipolarnih celic ognjeni; pogosto sporočila iz dveh vrst celic vzdolž dendrita dosežejo celico starbursta v različnih časih (v ničemer zaradi večje časovne zakasnitve BC2).

Ko pa se predmet gleda premika vzdolž smeri določenega dendrita, sporočila, poslana iz njenih dveh tipov bipolarnih celic (BC2 in BC3), udarijo v celico starburst ob istem času, ki pa bo dovolj navdušena, da pošlje signal svoji ganglijski celici: "V bistvu pripoveduje možganom, da se premika v smeri, ki jo določa usmerjenost močno žgočega dendrita."

Avtorji študije opozarjajo, da je bil določen le majhen del poti mrežnice in da obstaja verjetnost, da se pri odkrivanju giba vključijo tudi druge nevronske celice.

Druge igre Brain

Ne sme biti omejen na samo pogled, EyeWire upa, da bo prikazal vse možganske povezave (imenovane povezovalne povezave), in v teku je nov projekt za sledenje nevronskih poti, ki povezujejo posebne vonje s čustvenimi odzivi.

Bonus Neuron Dejstva

• Ekipa EyeWire je prevzela veliko nalogo. Obstaja več kot 85 milijardo nevronov v povprečnem človeškem telesu in med 19 in 23 milijardami v samo možganski skorji (kjer male sivke celice svoje kompleksno razmišljanje). Za primerjavo je naš najbližji tekmec afriški slon, ki ima le 11 milijard nevronov v skorje svojih velikih možganov.
• Čeprav je konvencionalna modrost pokazala, da se neocortex (kjer se dogaja naše najbolj kompleksno mišljenje) nahaja le pri sesalcih, je nedavna štipendija to postavila pod vprašaj. Vsaj dve vrsti ptic in ena od želva imata enako vrsto "celic, podobnih neokorteksu" v različnih delih njihovih možganov, kar je razlog, da nekateri vprašajo, ali so zmožni naprednih možganskih funkcij ali ne. Nasprotno, morske spužve imajo nič (0) živčnih celic.