Når Online Gamers bidro til en stor Scientific Discovery

Når Online Gamers bidro til en stor Scientific Discovery

Tapping inn i folks umettelige appetitt for nye måter å skru seg rundt og kaste bort tid, har nylig gjort noen Ivy League-forskere et sentralt element i sitt arbeid i et online spill.

For å løse gåten til hvordan øyet oppfatter bevegelse og retning, behøvde nevrologene først å lage et kart over netthinnenes nevrale veier - ut av sitt skremmende antall mulige forbindelser. Å vite at mange hender (og pekeputer) gjør lett arbeid, utviklet de et program der nettbaserte spillere brukte sine unike ferdighetssett til å kartlegge disse forbindelsene - og gjøre noe produktivt til tross for seg selv.

Øyne gjør mer enn bare å se

En populær misforståelse innebærer at oppfatningen skjer helt i hjernen, og milliarder av nevroner i kroppen er bare budbringere som sender rådata til sentralprosessoren. Faktisk, i hvert fall hos pattedyr, analyserer nevronene i netthinnen komplisert informasjon godt før dataene sendes til bønnen din.

Dette skjer fordi, avhengig av typen og plasseringen av nevrale cellen i netthinnen, vil den bli utløst av forskjellige typer stimuli, for eksempel lys eller bevegelse. I en studie fra 1964 ble det funnet at visse grupper av nerveceller i retina av kaniner ble til og med utløst av størrelse, retning og hastighet. [i] Faktisk for enkelte celler ville bare bevegelse i en bestemt retning utløse dem, slik at bevegelsen i den andre retning ikke ville - en prosess betegnet retningselektivitet.

Mer enn en celle er nødvendig for å bestemme retningen, og sammen utfører de i det minste en primitiv analyse av data før den sendes videre gjennom den optiske nerven til hjernen.

Men frem til ganske nylig var ingen nøyaktig sikker på hvordan disse forskjellige neuralceller koblet sammen og kommuniserte.

Celler i netthinnen

Flere typer visuelle nerveceller må samarbeide for retning som skal oppfattes: fotoreceptorer, bipolare neuroner og stjernebårne amakrine celler. Fotoreceptorene utløses av lys som rammer retina, hvorved de sender et elektrisk signal til den bipolare cellen som videresender signalet til stjernebåren amakrine celler.

Disse stjernebordene (tenk på et sykkelhjul og eiker) har mange små filamenter (kalt dendritter) som strekker seg ut i en rekke retninger, noe som gjør komplekse forbindelser og veier som er vanskelige å spore. Til slutt blir informasjonen sendt fra stjernebørsten til en samling av nerveceller (kalt ganglion), som til slutt sender de delvis analyserte dataene til hjernen.

Å lage et spill ut av Science (og forskere ut av spillere)

Før noen tilkoblinger kunne kartlegges, måtte et høyverdig 3D-bilde av netthinnen først produseres. I utgangspunktet ble en muslinja skåret inn i mange super-tynne stykker, og disse ble skannet av et elektronmikroskop. Etter at de ble satt sammen, ble det opprettet et 3D-bilde, og dette ble deretter omgjort til et EyeWire-spill hvor "spillere utfordres til å kartlegge grener av en nevron fra den ene siden av en kube til den andre. Tenk på det som et 3D-puslespill. Spillerne rulle gjennom terningen (måler ca 4,5 mikron per side eller ~ 10x mindre enn gjennomsnittsbredden på et menneskehår) og rekonstruerer nevroner i volumetriske segmenter ved hjelp av en kunstig intelligensalgoritme utviklet hos Seung Lab. "

For denne Starburst-utfordringen var de beste 2.000 spillerne i stand til å kartlegge nok av netthinnen for forskerne å skille minst en av veiene som ble brukt i retningsdeteksjon. Forskerne var så takknemlige for bidragene til deres spillere, EyeWirers ble inkludert som medforfattere i det akademiske papiret hvor funnene ble publisert.

Hvordan retina oppdager bevegelse

For hver dendrit på en starburstcelle vil en bestemt type bipolar celle (BC3) hovedsakelig bli festet utover langs dentritet, og en annen type bipolar celle (BC2) vil bli festet nær navet. De to typer bipolare celler brann i forskjellige hastigheter, med BC2 som har en lengre forsinkelse.

Når lyset beveger seg i lyset, stimulerer det fotoreceptorene, som forårsaker at begge typer bipolare celler brann; Vanligvis kommer meldingene fra de to celletyper langs en dendrit til å nå stjernebrystet på forskjellige tidspunkter (i liten grad på grunn av BC2s større tidsforsinkelse).

Men når et objekt i sikte beveger seg langs retningen av et gitt dendrit, treffer meldingene som sendes fra sine to typer bipolare celler (BC2 og BC3) starburstcellen samtidig, som igjen vil være tilstrekkelig imponert over at den sender et signal til sin ganglioncelle: "I utgangspunktet fortelle hjernen at gjenstanden beveger seg i en retning bestemt av orienteringen til den sterkt brennende dendriten. "

Studienes forfattere advarer om at bare en liten del av netthinnen har blitt kartlagt, og at det er sannsynligvis andre nevrale celler involvert i bevegelsesdeteksjon.

 Andre hjernespill

For ikke å være begrenset til bare syn, håper EyeWire å kartlegge alle hjernens forbindelser (kalt connectome), og et nytt prosjekt pågår for å spore nevrale veier som knytter bestemte luktene til følelsesmessige responser.

Bonus Neuron Fakta

  • EyeWire-mannskapet har tatt en enorm oppgave. Det er over 85 milliarder nevroner i den gjennomsnittlige menneskekroppen, og mellom 19 og 23 milliarder i bare hjernebarken (hvor de små gråcellene gjør sin komplekse tenkning). Til sammenligning er vår nærmeste konkurrent den afrikanske elefanten som bare har 11 milliarder nevroner i cortexen til sin store hjerne.
  • Selv om konvensjonell visdom har fastslått at neocortexen (der vår mest komplekse tenkning oppstår) bare er funnet hos pattedyr, har nyere stipendium kalt dette til spørsmålet. Minst to fuglearter og en av skilpadder har hverandre samme type "neocortex-lignende celler" i ulike deler av hjernen deres, et faktum som fører noen til å stille spørsmål om de har evnen til avanserte hjernefunksjoner eller ikke. Derimot har sjø svamper null (0) nerveceller.

Legg Igjen Din Kommentar