Kai internetiniai žaidėjai prisidėjo prie didelio matematinio atradimo

2024 Autorius: Sherilyn Boyd | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-16 09:38

Kad išspręstų, kaip akis suvokia judesį ir kryptį, mąstyseną, neurologai pirmiausia turėjo sukurti tinklinės nervų takų žemėlapį - iš jo gąsdinančio galimų jungčių skaičiaus. Žinodama, kad daugelis rankų (ir jutiklinių plokščių) atlieka nedidelį darbą, jie sukūrė programą, kurioje internetiniai žaidėjai naudojo savo unikalius įgūdžių rinkinius, kad būtų galima susieti šias jungtis, ir, nepaisant savęs, tai daro kažką produktyvaus.

Akys daro daugiau nei tiesiog matant

Populiarus klaidingas supratimas, kad suvokimas vyksta tik smegenyse, o milijonai neuronų organizme yra tik pasiuntiniai, kurie siunčia neapdorotus duomenis centriniam procesoriui. Tiesą sakant, bent žinduoliuose tinklainės neuronai analizuoja sudėtingą informaciją gerokai anksčiau, nei tie duomenys siunčiami į jūsų pupelę.

Tai atsitinka todėl, kad, priklausomai nuo tinklainės nervinės ląstelės tipo ir vietos, jį sukelia įvairūs stimulai, tokie kaip šviesa ar judesys. 1964 m. Tyrime buvo nustatyta, kad tam tikros triušių tinklainėse esančių nervų ląstelių grupės netgi buvo sužadintos pagal dydį, kryptį ir greitį. Iš tiesų, kai kurioms ląstelėms judesiai tam tikra kryptimi juos sukelia, taigi judėjimas kitoje kryptyje nebūtų - procesas vadinamas krypties selektyvumu.

Norint nustatyti kryptį reikia daugiau nei vienos ląstelės, ir kartu jie atlieka bent primityvią duomenų analizę prieš ją perduodama per optinį nervą į smegenis.

Tačiau visai neseniai niekas nebuvo tiksliai įsitikinęs, kaip šios įvairios nervinės ląstelės yra prijungtos ir perduodamos.

Ląstelės retina

Keletas vizualinių nervų ląstelių tipų turi bendradarbiauti, kad būtų galima suvokti kryptį: fotoreceptoriai, bipoliniai neuronai ir starburst amacrine ląstelės. Fotoreceptoriai sukelia šviesą, nukreipiantį tinklainę, kuria jie siunčia elektrinį signalą į bipoliarinę ląstelę, kuri persiunčia signalą į starburst amacrine ląsteles.

Šios starbursto ląstelės (pagalvokite apie dviračio ratą ir jo stipinus) turi daugybę mažų gijų (vadinamųjų dendritų), kurie išplečia daugybe kryptių, todėl sudėtingos jungtys ir keliai, kuriuos sunku ištirti. Tačiau galų gale informacija iš starbursto siunčiama į nervų ląstelių kolekciją (vadinamą ganglija), kuri galiausiai siunčia iš dalies analizuotus duomenis į smegenis.

Padaryti žaidimą iš mokslo (ir mokslininkų iš žaidėjų)

Prieš pradedant susieti bet kokias jungtis, pirmiausia reikėjo pagaminti aukštos kokybės 3D tinklelio vaizdą. Iš pradžių pelės tinklainė buvo supjaustyta į daugybę super plonų gabalėlių, ir jie buvo nuskaitomi elektronų mikroskopu. Po to, kai jie buvo sujungti, sukurtas 3D vaizdas, o tai buvo paverstas "EyeWire" žaidimu, kuriame "žaidėjams reikia sukurti neurono šakų žemėlapius iš vienos pusės kubo į kitą. Pagalvokite apie tai kaip 3D įspūdį. Žaidėjai slinkti per kubą (išmatuojant apie 4,5 mikronų vienoje pusėje arba ~ 10 kartų mažesnį nei vidutinis žmogaus plaukų plotis) ir rekonstruoti neuronus tūrio segmentuose dirbtinio intelekto algoritmo pagalba, sukurtu "Seung Lab"."

Šio "Starburst Challenge" metu geriausi 2000 žaidėjai sugebėjo sėkmingai pateikti tinklainės tinklelio žemėlapį, kad tyrėjai galėtų sužinoti bent vieną iš būdų, naudojamų krypties nustatymui. Mokslininkai buvo tokie dėkingi už savo žaidėjų indėlį, "EyeWirers" buvo įtraukti kaip bendraautoriai akademiniame darbe, kuriame buvo paskelbti rezultatai.

Kaip Retina nustato judesį

Iš esmės, kiekvienam dendritui ant starbursto ląstelės tam tikros rūšies bipolinė ląstelė (BC3) būtų pritvirtinta išorėje išilgai dentro, o šalia stebulės būtų pritvirtinta kita bipoliarinė ląstelė (BC2). Dviejų tipų bipoliniai ląstelės degina skirtingais dažniais, o BC2 ilgiau trunka.

Kai šviesa juda į vaizdą, ji stimuliuoja fotoreceptorius, kurie sukelia abiejų tipų bipolines ląsteles; dažnai pranešimai iš dviejų tipų ląstelių išilgai dendrito pasiekia starbursto ląstelę skirtingais laikais (maža dalimi dėl to, kad BC2 ilgiau atidedamas).

Tačiau kai objektas žiūri į konkretaus dendrito kryptį, pranešimai, siunčiami iš dviejų tipų bipolinių ląstelių (BC2 ir BC3), nukreipiami į starbursto ląstelę Tuo pačiu metu, kuris savo ruožtu bus pakankamai įspūdis, kad jis siunčia signalą į savo gangliono kamerą: "Iš esmės sakau smegenims, kad objektas juda kryptimi, kurią lemia intensyviai šaudantis dendritas ".

Tyrimo autoriai įspėja, kad tik nedidelė tinklainės takų dalis buvo suplanuota ir kad yra tikimybė, kad kiti judesio aptikimo veiksniai bus neuronai.

Kiti smegenų žaidimai

"EyeWire" tikisi, kad neapsiribos tik akimis, kad būtų išvardytos visos smegenų jungtys (vadinamos "connectome"), ir vyksta naujas projektas, leidžiantis atsekti nervinius kelius, kurie susieja konkrečius kvapus su emociniais atsakais.

Premijos neurono faktai

• "EyeWire" įgula užimdavo didžiulę užduotį. Yra daugiau kaip 85 metų mlrd vidutinio žmogaus kūno neuronai ir nuo 19 iki 23 milijardų tik smegenų žievės (kur mažos pilkosios ląstelės atlieka sudėtingą mąstymą). Palyginimui, mūsų artimiausias konkurentas yra Afrikos dramblys, turintis tik 11 milijardų neuronų jos didžiųjų smegenų žievėje.
• Nors tradicinė išmintis teigia, kad neokorteksas (kur mūsų sudėtingiausias mąstymas įvyksta) yra aptinkamas tik žinduoliams, pastaroji stipendija tai kelia abejonių. Mažiausiai dvi paukščių rūšys ir vienas iš vėžlys turi skirtingas "smegenų neokortexo tipo" ląsteles tokį patį tipą, o tai kelia klausimą, ar jie gali pažangių smegenų funkcijų. Priešingai, jūros kempinės turi nulines (0) nervines ląsteles.