Kad tiešsaistes spēlētāji veicināja lielu zinātnisko atklājumu

2024 Autors: Sherilyn Boyd | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-16 09:37

Lai atrisinātu mīklu par to, kā acs uztver kustību un virzienu, neirozinātniekiem vispirms bija jāizveido tīklenes nervu ceļu karte - no tā drausmīgā iespējamo savienojumu skaita. Zinot, ka daudzas rokas (un skārienpaliktņi) padara vieglu darbu, viņi izstrādāja programmu, kurā tiešsaistes spēlētāji izmantoja savas unikālās prasmju kopas, lai kartētu šos savienojumus - un kaut ko dara kaut ko produktīvu, neraugoties uz sevi.

Acis ir vairāk nekā vienkārši redzēt

Populāra nepareiza uzskats apgalvo, ka uztvere notiek tikai smadzenēs, un neironu miljardos ķermenī ir tikai kurjeri, kas nosūta neapstrādātus datus centrālajam procesoram. Faktiski, vismaz zīdītājos, tīklenes neironi analizē sarežģītu informāciju jau pirms dati tiek nosūtīti uz jūsu pupiņu.

Tas notiek tāpēc, ka, atkarībā no tīklenes nervu šūnu veida un atrašanās vietas, to iedarbina dažādi stimuli, piemēram, gaisma vai kustība. 1964. gada pētījumā tika konstatēts, ka dažas trušu tīklenes nervu šūnu grupas pat bija atkarīgas no lieluma, virziena un ātruma. Patiesībā dažām šūnām tikai kustība noteiktā virzienā tos izraisītu, tādā veidā, ka kustība citā virzienā nebūtu - process tiek saukts par virziena selektivitāti.

Lai noteiktu virzienu, ir vajadzīgs vairāk nekā viens šūnas, un kopā viņi veic vismaz primitīvu datu analīzi pirms tās nosūta caur redzes nervu smadzenēm.

Tomēr līdz pavisam nesen neviens nebija precīzi pārliecināts, kā šīs dažādās nervu šūnas savienotas un paziņotas.

Šūnas Retinā

Vairākiem vizuālo nervu šūnu veidiem ir jāsadarbojas uz redzamo virzienu: fotoreceptori, bipolāri neironi un starburst amacrine šūnas. Fotoreceptorus iedarbina vieglā sadursme ar tīkleni, ar kuru viņi nosūta elektrisko signālu uz bipolāru šūnu, kas nosūta signālu uz starburst amacrine šūnām.

Šīm starburgu šūnām (domājam par velosipēda riteni un spieķiem) ir daudzi mazi pavedieni (dendrites), kas izplešas ar neskaitāmiem virzieniem, padarot sarežģītus savienojumus un ceļus, kurus ir grūti izsekot. Galu galā tomēr informācija tiek nosūtīta no starburst uz nervu šūnu kolekciju (sauc par gangliju), kas galu galā nosūta daļēji analizētos datus smadzenēm.

Spēles izslēgšana no zinātnes (un zinātnieki no spēlētājiem)

Pirms jebkuru pieslēgumu varēja kartēt, vispirms bija jāsagatavo augstas kvalitātes 3D tīklenes attēls. Sākotnēji peles tīklene tika sagriezta daudzos super-plānos gabalos, un tos skenēja elektronu mikroskops. Pēc tam, kad tie tika salikti kopā, tika izveidots 3D attēls, un pēc tam tas tika pārveidots par EyeWire spēli, kurā "spēlētājiem tiek apstrīdēts neirona filiāļu kartēšana no vienas puses no kuba uz otru. Padomājiet par to kā 3D mīklu. Spēlētāji pārlūko kubu (izmērot apmēram 4,5 mikroni uz sāniem vai ~ 10x mazāks par cilvēka matu vidējo platumu) un rekonstruējot neironus tilpuma segmentos, izmantojot Seung Lab izstrādāto mākslīgā intelekta algoritmu."

Šī Starburst Challenge labākie 2000 spēlētāji varēja sekmīgi noārdīt tīklenes tīklu, lai pētnieki varētu saskatīt vismaz vienu virzienu noteikšanas ceļu. Zinātnieki bija tik pateicīgi par viņu spēlētāju ieguldījumu, EyeWirers tika iekļauti kā līdzautoriem akadēmiskajā darbā, kurā tika publicēti atklājumi.

Kā Retina atklāj Kustību

Būtībā katram dendrite uz starburst šūnas, konkrēta tipa bipolāri šūnas (BC3) būtu jāpiestiprina uz āru gar dentrītu, un blakus rumbai būtu jāpievieno cita veida bipolāri šūnas (BC2). Divu veidu bipolāri šūnas ugunājas dažādos ātrumos, bet BC2 - ar lielāku kavēšanos.

Kad gaisma pāriet uz skatu, tas stimulē fotoreceptorus, kas izraisa abus bipolāru šūnu veidus; bieži ziņojumi no abiem šūnu veidiem gar dendrītu sasniedz starburst šūnas dažādos laikos (ne mazākā daļa, jo BC2 ir lielāka laika kavēšanās).

Tomēr, ja aplūkojamais objekts pārvietojas noteiktā dendrīta virzienā, no tā divu veidu bipolāri šūnas (BC2 un BC3) nosūtītie ziņojumi ietekmē starburst-šūnas tajā pašā laikā, kas savukārt būs pietiekami iespaids, ka tā sūta signālu savai ganglija šūnai: "Būtībā stāstot smadzenēm, ka objekts virzās virzienā, ko nosaka stipri izšaušanās dendrīta orientācija."

Pētījuma autori brīdina, ka tikai neliela daļa no tīklenes ceļiem ir kartēti un ka ir iespējamas citas nervu šūnas, kas iesaistītas kustības noteikšanā.

Citas Brain spēles

Neaprobežojoties tikai ar redzi, EyeWire cer uzzināt visus smadzeņu savienojumus (sauktus "connectome"), un tiek uzsākts jauns projekts, lai izsekotu nervu ceļus, kas saista konkrētus smaržus ar emocionālām reakcijām.

Bonus neirona fakti

• EyeWire ekipāžai ir uzņemts milzīgs uzdevums. Ir vairāk nekā 85 gadu miljardi neironiem vidējā cilvēka ķermenī, un no 19 līdz 23 miljardiem tikai smadzeņu garozā (kur maz pelēkās šūnas to sarežģīti domā). Salīdzinājumam, mūsu tuvākais konkurents ir Āfrikas zilonis, kam viņas lielo smadzeņu garozā ir tikai 11 miljardi neironu.
• Lai gan parastā gudrība ir nospriedusi, ka neokortekss (kur sastopas mūsu sarežģītākais domāšanas veids) ir atrodams tikai zīdītājiem, nesenā stipendija to ir apšaubījusi. Vismaz divām putnu sugām un vienam no bruņurupučiem ir tāda paša veida "neokortexu līdzīgās šūnas" dažādās smadzeņu daļās, un fakts, kas liek domāt, vai viņi spēj uzlabot smadzeņu funkcijas vai nav. Savukārt jūras sūkļiem ir nulle (0) nervu šūnas.