Когда онлайн-геймеры участвуют в крупном научном открытии

2024 Автор: Sherilyn Boyd | [email protected]. Последнее изменение: 2023-12-16 09:37

Чтобы решить загадку того, как глаз воспринимает движение и направление, сначала нейробиологам необходимо было создать карту нервных путей сетчатки - из-за ее огромного количества возможных связей. Зная, что многие руки (и сенсорные панели) делают легкую работу, они разработали программу, в которой онлайн-геймеры использовали свои уникальные наборы навыков для сопоставления этих соединений - и делают что-то продуктивное, несмотря на себя.

Глаза делают больше, чем просто видеть

Популярное заблуждение утверждает, что восприятие происходит полностью в мозге, а миллиарды нейронов в теле - всего лишь посланники, которые отправляют необработанные данные в центральный процессор. Фактически, по крайней мере у млекопитающих, нейроны сетчатки анализируют сложную информацию задолго до того, как эти данные будут отправлены вашему компоненту.

Это происходит потому, что, в зависимости от типа и местоположения нейронной клетки в сетчатке, он будет срабатывать при помощи различных видов стимулов, таких как свет или движение. В 1964 году было обнаружено, что определенные группы нервных клеток в сетчатке кроликов были даже вызваны размером, направлением и скоростью. Фактически, для некоторых ячеек только движение в определенном направлении вызывало бы их, так что движение в другом направлении не было бы - процесс называл селективностью направления.

Для определения направления требуется более одной ячейки, и вместе они проводят, по крайней мере, примитивный анализ данных до отправки его через зрительный нерв в мозг.

Однако до недавнего времени никто не был точно уверен, как эти различные нервные клетки связаны и сообщаются.

Клетки в сетчатке

Несколько типов зрительных нервных клеток должны взаимодействовать для восприятия направления: фоторецепторы, биполярные нейроны и звездообразные амакриновые клетки. Фоторецепторы запускаются светом, поражающим сетчатку, посредством чего они посылают электрический сигнал в биполярную ячейку, которая направляет сигнал в ячейки amacrine звездчатой вспышки.

Эти звездообразные клетки (думают о велосипедном колесе и его спицах) имеют многочисленные крошечные нити (называемые дендритами), простирающиеся в бесчисленных направлениях, делая сложные связи и пути, которые трудно отследить. В конце концов, однако, информация отправляется из звездной вспышки в коллекцию нервных клеток (называемую ганглией), которая в конечном итоге отправляет частично анализируемые данные в мозг.

Создание игры из науки (и ученых из геймеров)

Прежде чем какие-либо соединения могли быть сопоставлены, сначала нужно было создать высококачественное трехмерное изображение сетчатки. Первоначально сетчатка мыши была нарезана на множество сверхтонких кусочков, и они были сканированы электронным микроскопом. После того, как они были собраны вместе, было создано трехмерное изображение, которое затем превратилось в игру EyeWire, где «игрокам бросают вызов отображать ветви нейрона с одной стороны куба на другую. Подумайте об этом как о 3D-головоломке. Игроки прокручивают куб (размером около 4,5 микрон на сторону или ~ 10 раз меньше средней ширины человеческого волоса) и восстанавливают нейроны в объемных сегментах с помощью алгоритма искусственного интеллекта, разработанного в Seung Lab ».

Для этой Starburst Challenge лучшие 2000 геймеров смогли успешно отобразить достаточно сетчатки для исследователей, чтобы различить по крайней мере один из путей, используемых при обнаружении направления. Ученые были настолько благодарны за вклад своих геймеров, EyeWirers были включены в качестве соавторов в академический документ, где результаты были опубликованы.

Как Retina обнаруживает движение

По существу, для каждого дендрита на клетке звездообразования конкретный тип биполярной клетки (BC3) был бы прикреплен наружу вдоль дентрита, а другой тип биполярной клетки (BC2) был бы прикреплен вблизи ступицы. Два типа биполярных ячеек срабатывают с разной скоростью, причем BC2 имеет более длительную задержку.

Когда свет приближается к виду, он стимулирует фоторецепторы, которые заставляют оба типа биполярных клеток стрелять; часто сообщения из двух типов ячеек по дендриту достигают клетки звездообразования в разное время (в немалой степени из-за большей временной задержки BC2).

Однако, когда объект, находящийся в движении, движется вдоль направления данного дендрита, сообщения, отправленные из двух типов биполярных ячеек (BC2 и BC3), попадают в ячейку звездообразования в то же время, который, в свою очередь, будет достаточно впечатлен тем, что он посылает сигнал в свою ганглиозную ячейку:В основном говоря мозгу, что объект движется в направлении, определяемом ориентацией сильно обжигающего дендрита ».

Авторы исследования предупреждают, что только малая часть путей сетчатки была сопоставлена и что, вероятно, в ней обнаружены другие нейронные клетки.

Другие игры для мозга

Не ограничиваясь только зрением, EyeWire надеется отобразить все соединения мозга (называемые connectome), и в настоящее время ведется новый проект для отслеживания нейронных путей, которые связывают специфические ароматы с эмоциональными реакциями.

Факты о бонусных нейронах

• Команда EyeWire взяла на себя огромную задачу. Есть более 85 миллиард нейронов в среднем человеческом теле и от 19 до 23 миллиардов только в коре головного мозга (где маленькие серые клетки делают свое сложное мышление). Для сравнения, нашим ближайшим конкурентом является африканский слон, который имеет только 11 миллиардов нейронов в коре головного мозга.
• Хотя общепринятая мудрость показала, что неокортекс (где происходит наше самое сложное мышление) встречается только у млекопитающих, недавняя наука назвала это вопросом. По крайней мере два вида птиц и одна из черепах имеют один и тот же тип «неокортекс-подобных клеток» в разных частях своего мозга, что приводит к тому, что некоторые сомневаются в том, способны ли они продвигать функции мозга. Напротив, морские губки имеют нулевые (0) нервные клетки.