Όταν οι διαδικτυακοί παίκτες συνέβαλαν σε μια σημαντική επιστημονική ανακάλυψη

Όταν οι διαδικτυακοί παίκτες συνέβαλαν σε μια σημαντική επιστημονική ανακάλυψη

Χρησιμοποιώντας την ακόρεστη όρεξη των ανθρώπων για νέους τρόπους να βιδώσουν και να χάσουν χρόνο, πρόσφατα ορισμένοι ερευνητές του Ivy League έκαναν ένα βασικό στοιχείο της δουλειάς τους σε ένα online παιχνίδι.

Για να επιλύσουν το αίνιγμα του πώς το μάτι αντιλαμβάνεται την κίνηση και την κατεύθυνση, οι νευροεπιστήμονες έπρεπε πρώτα να δημιουργήσουν έναν χάρτη των νευρικών οδών του αμφιβληστροειδούς - από τον τρομακτικό αριθμό πιθανών συνδέσεών του. Γνωρίζοντας ότι πολλά χέρια (και touchpads) κάνουν ελαφριά δουλειά, ανέπτυξαν ένα πρόγραμμα όπου οι online gamers χρησιμοποίησαν τα μοναδικά σετ δεξιοτήτων τους για να χαρτογραφήσουν αυτές τις συνδέσεις - και να κάνουν κάτι παραγωγικό παρά τους εαυτούς τους.

Τα μάτια κάνουν περισσότερα από όσα βλέπουμε

Μια λαϊκή παρανόηση υποστηρίζει ότι η αντίληψη συμβαίνει εξ ολοκλήρου στον εγκέφαλο και τα δισεκατομμύρια των νευρώνων στο σώμα είναι απλά αγγελιοφόροι που στέλνουν ανεπεξέργαστα δεδομένα στον κεντρικό επεξεργαστή. Στην πραγματικότητα, τουλάχιστον στα θηλαστικά, οι νευρώνες του αμφιβληστροειδούς αναλύουν πολύπλοκες πληροφορίες πολύ πριν από την αποστολή των δεδομένων στο φασόλι σας.

Αυτό συμβαίνει επειδή, ανάλογα με τον τύπο και τη θέση του νευρικού κυττάρου στον αμφιβληστροειδή, θα ενεργοποιηθεί από διάφορα είδη ερεθισμάτων, όπως το φως ή η κίνηση. Σε μια μελέτη του 1964, διαπιστώθηκε ότι ορισμένες ομάδες νευρικών κυττάρων στους αμφιβληστροειδείς των κουνελιών προκλήθηκαν από το μέγεθος, την κατεύθυνση και την ταχύτητα. [i] Στην πραγματικότητα, για ορισμένα κύτταρα, μόνο η κίνηση προς μια ορισμένη κατεύθυνση θα τους πυροδότησε, έτσι ώστε η κίνηση προς την άλλη κατεύθυνση δεν θα ήταν - μια διαδικασία που ονομάζεται εκλεκτικότητα κατεύθυνσης.

Για τον προσδιορισμό της κατεύθυνσης χρειάζονται περισσότερα από ένα κελί και μαζί διεξάγουν τουλάχιστον μια πρωτόγονη ανάλυση των δεδομένων πριν την αποστείλουν μέσω του οπτικού νεύρου στον εγκέφαλο.

Ωστόσο, μέχρι πρόσφατα κανείς δεν ήταν ακριβώς βέβαιος για το πώς αυτά τα διάφορα νευρικά κύτταρα συνδέονται και επικοινωνούν.

Κύτταρα στην αμφιβληστροειδή

Αρκετοί τύποι οπτικών νευρικών κυττάρων πρέπει να συνεργάζονται για την εκτίμηση της κατεύθυνσης: φωτοϋποδοχείς, διπολικοί νευρώνες και κύτταρα amacrine starburst. Οι φωτοϋποδοχείς ενεργοποιούνται από το φως που χτυπά τον αμφιβληστροειδή, μέσω του οποίου στέλνουν ένα ηλεκτρικό σήμα στο διπολικό κύτταρο που προωθεί το σήμα στα κυψέλες amarrine starburst.

Αυτά τα κυψέλες αστραπής (σκέφτονται έναν τροχό ποδηλάτου και τις ακτίνες του) έχουν πολυάριθμα μικροσκοπικά νήματα (που ονομάζονται δενδρίτες) που εκτείνονται σε μια πλειάδα κατευθύνσεων, καθιστώντας πολύπλοκες συνδέσεις και μονοπάτια, που είναι δύσκολο να εντοπιστούν. Τελικά, όμως, η πληροφορία αποστέλλεται από το αστέρι σε μια συλλογή από νευρικά κύτταρα (που ονομάζεται γάγγλιο), η οποία τελικά στέλνει τα δεδομένα που έχουν μελετηθεί εν μέρει στον εγκέφαλο.

Κάνοντας ένα Παιχνίδι έξω από την Επιστήμη (και οι Επιστήμονες από τους Gamers)

Πριν από τη χαρτογράφηση οποιωνδήποτε συνδέσεων, έπρεπε πρώτα να παραχθεί μια υψηλής ποιότητας εικόνα 3D του αμφιβληστροειδούς. Αρχικά, ένας αμφιβληστροειδής ποντικός κόπηκε σε πολλά υπερ-λεπτό κομμάτια και αυτά σαρώθηκαν με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Μετά την τοποθέτησή τους, δημιουργήθηκε μια τρισδιάστατη εικόνα, η οποία στη συνέχεια μετατράπηκε σε παιχνίδι EyeWire όπου οι παίκτες αμφισβητούνται να χαρτογραφούν κλαδιά ενός νευρώνα από τη μια πλευρά του κύβου στην άλλη. Σκεφτείτε το ως ένα τρισδιάστατο παζλ. Οι παίκτες μετακινούνται μέσα στον κύβο (μετρώντας περίπου 4.5 μικρομέτρα ανά πλευρά ή ~ 10 φορές μικρότερο από το μέσο πλάτος μιας ανθρώπινης τρίχας) και ανασυνθέτουν τους νευρώνες σε ογκομετρικά τμήματα με τη βοήθεια ενός αλγόριθμου τεχνητής νοημοσύνης που αναπτύχθηκε στο Seung Lab.

Για αυτή την πρόκληση Starburst Challenge, οι καλύτεροι 2.000 παίκτες κατάφεραν να χαρτογραφήσουν με επιτυχία αρκετά τον αμφιβληστροειδή ώστε οι ερευνητές να διακρίνουν τουλάχιστον ένα από τα μονοπάτια που χρησιμοποιούνται στην ανίχνευση κατεύθυνσης. Οι επιστήμονες ήταν τόσο ευγνώμονες για τη συμβολή των παικτών τους, οι EyeWirers συμπεριλήφθηκαν ως συν-συγγραφείς στην ακαδημαϊκή εργασία όπου δημοσιεύθηκαν τα ευρήματα.

Πώς η ανίχνευση της αμφιβληστροειδούς ανακλά την κίνηση

Ουσιαστικά, για κάθε δενδρίτη σε ένα κύτταρο αστέρι, ένας ιδιαίτερος τύπος διπολικού κυττάρου (BC3) θα συνδέεται προς τα έξω κατά μήκος του οδοντρίτη και ένας άλλος τύπος διπολικού κυττάρου (BC2) θα συνδέεται κοντά στην πλήμνη. Οι δύο τύποι διπολικών κυττάρων πυροδοτούνται σε διαφορετικούς ρυθμούς, με το BC2 να έχει μεγαλύτερη καθυστέρηση.

Όταν το φως μετακινηθεί στην οπτική επαφή, διεγείρει τους φωτοϋποδοχείς, οι οποίοι προκαλούν πυρκαγιά και στους δύο τύπους διπολικών κυττάρων. συχνά, τα μηνύματα από τους δύο τύπους κυττάρων κατά μήκος ενός δενδρίτη θα φτάσουν στο κύτταρο αστέρι σε διαφορετικές χρονικές στιγμές (σε μικρό μέρος λόγω της μεγαλύτερης χρονικής καθυστέρησης του BC2).

Ωστόσο, όταν ένα αντικείμενο προς τα εμπρός κινείται κατά μήκος της κατεύθυνσης ενός δεδομένου δενδρίτη, τα μηνύματα που αποστέλλονται από τους δύο τύπους διπολικών κυττάρων (BC2 και BC3) χτυπούν το κύτταρο αστέρι Την ίδια στιγμή, η οποία με τη σειρά της θα είναι αρκετά εντυπωσιασμένη ώστε στέλνει ένα σήμα στο κύτταρο γαγγλίου: "Βασικά λέει στον εγκέφαλο ότι το αντικείμενο κινείται προς μια κατεύθυνση που καθορίζεται από τον προσανατολισμό του δέντριτου που πυροδοτεί έντονα. "

Οι συγγραφείς της μελέτης προειδοποιούν ότι μόνο ένα μικρό κλάσμα των οδών του αμφιβληστροειδούς έχει χαρτογραφηθεί και ότι υπάρχουν πιθανά άλλα νευρικά κύτταρα που εμπλέκονται στην ανίχνευση κίνησης.

 Άλλα παιχνίδια εγκεφάλου

Το EyeWire δεν περιορίζεται μόνο στην όραση, αλλά ελπίζει να χαρτογραφήσει όλες τις συνδέσεις του εγκεφάλου (που ονομάζεται connectome) και ένα νέο πρόγραμμα βρίσκεται σε εξέλιξη για να εντοπιστούν οι νευρικές οδούς που συνδέουν τα συγκεκριμένα άρωμα με τις συναισθηματικές αντιδράσεις.

Μπόνους Γεγονότα Νευρώνα

  • Το πλήρωμα EyeWire έχει αναλάβει ένα τεράστιο έργο. Υπάρχουν πάνω από 85 δισεκατομμύριο νευρώνες στο μέσο ανθρώπινο σώμα και μεταξύ 19 και 23 δισεκατομμυρίων μόνο στον εγκεφαλικό φλοιό (όπου τα μικρά γκρίζα κύτταρα κάνουν τη σύνθετη σκέψη τους). Συγκριτικά, ο πλησιέστερος ανταγωνιστής μας είναι ο αφρικανικός ελέφαντας που έχει μόνο 11 δισεκατομμύρια νευρώνες στο φλοιό του μεγάλου εγκεφάλου.
  • Παρόλο που η συνηθισμένη σοφία έχει υποστηρίξει ότι το νεοκώγιμο (όπου η πιο πολύπλοκη σκέψη μας συμβαίνει) βρίσκεται μόνο στα θηλαστικά, η πρόσφατη υποτροφία το έχει θέσει υπό αμφισβήτηση. Τουλάχιστον δύο είδη πουλιών και ένα χελώνα έχουν τον ίδιο τύπο "κυττάρων που μοιάζουν με νεοτορκέτες" σε διαφορετικά μέρη του εγκεφάλου τους, πράγμα που οδηγεί μερικούς σε ερώτηση εάν είναι ικανά ή όχι για προχωρημένες λειτουργίες του εγκεφάλου. Αντίθετα, τα θαλάσσια σφουγγάρια έχουν μηδενικά (0) νευρικά κύτταρα.

Αφήστε Το Σχόλιό Σας

Δημοφιλείς Αναρτήσεις

Επιλογή Συντάκτη

Κατηγορία