A Google segít a harvardi tudósoknak feltérképezni az emberi agyat

Az eredmény az emberi agy valaha készült legrészletesebb digitális térképe vagy „neurális hálózata”.

Csütörtökön Lichtman és partnerei felfedték eredmények Erőfeszítéseikért a tekintélyes Science folyóiratban, és ben is megjelentek Internetes renderelések Az emberi agyé, mint valaha. Egy olyan szoftverrel volt kiegészítve, amely lehetővé tette a nézők számára, hogy egy mikroszkopikus űrtájon mozogjanak olyan részletesen, hogy Lichtman nem tudott nem költői lenni, amikor erről beszélt.

„Furcsa világ van a fejedben” – mondta. „Maguk a neuronok valóban lenyűgözően szépek. Nincs kétféleképpen.”

Az igaz, hogy a kis mintából származó meglátások még nem fedték fel az autizmus, a skizofrénia vagy a depresszió titkait. Még nem tudják megmagyarázni az emberi tanulás, memória és személyiség mechanizmusait sejtszinten. De ez egy fontos első lépés ebbe az irányba, és káprázatos bepillantást nyújt abba, hogy milyen víziókat láthatunk a következő évtizedekben.

Ezen az összetett tájon furcsa, soha nem látott, tankönyv nélküli szerkezetek találhatók, köztük Lichtman szavaival élve: „fantasztikusan furcsa”. Neuronok, amelyek csak egy irányba mutatnak, közvetlenül egymással szemben. Az axonok, az agy nagy hatótávolságú száloptikai kábelei az egyenes vonalaktól a páratlan vonalak felé fordulnak „örvények” Amelyek úgy néznek ki, mint a turbán – majd kibontják és visszatérnek az egyenes vonalakhoz. A célja E furcsa anomáliák közül sok a jövőbeni tanulmányok tárgya marad.

Egyesek már jelenleg is olyan potenciális paradigmaváltó elméleteket hoznak létre, amelyek alapvetően új betekintést engedhetnek az agy működésébe. Lichtman szerint a csúcspont az egyéneket összekötő „szuperkapcsolat” új és rendkívül ritka típusának a felfedezése. Neuronok axonális rostokhoz, amelyek információt hordoznak és keresztezik az agyat. Mindegyik szuperkapcsolatnak körülbelül 50 kiemelkedés kombinációja van, ahol általában csak egy van. Lichtman feltételezi, hogy ezek a struktúrák segíthetnek megmagyarázni, hogyan vésődnek be az agy fizikai szerkezetébe a tanult szokások, mint például a piros lámpánál gondolkodás nélkül való megállás.

„Valószínűleg az axonok és az egyes agysejtek közötti kapcsolatok 99%-a ezek a nagyon gyenge kapcsolatok” – mondja Lichtman. De „ezek az erős kapcsolatok olyan erősek, hogy az információ nagyon hatékonyan tud áramlani. Ez egy módja annak, hogy megmagyarázza azt a tényt, hogy miután megtanult valamit, automatikusan képes megtenni.”

Az új tanulmány egy sokkal nagyobb projektsorozat része, amelyet a BRAIN Initiative finanszíroz. Ez egy hatalmas tudományos erőfeszítés, amelyet az Obama-kormány indított 2013-ban az emberi aggyal kapcsolatos alapvető ismeretek feltárására.

„Ez elég nagy ügy” – mondta Ed Lin, a seattle-i Allen Agytudományi Intézet idegkutatója, aki nem vett részt a tanulmányban. A térképezés „első az ember”.

Len, aki segít vezetni A BRAIN kezdeményezés másik összetevője, Azt mondta, Lichtman munkája segíthet megváltoztatni az emberi agyról alkotott ismereteinket, és drámai módon javíthatja a betegségek kezelésére való képességünket.

„Nagyon rosszul ismerjük ezeket az áramköröket” – mondta. „Képzeld el, hogy elromlott a mobiltelefonod, és nem tudsz semmit a mobiltelefon alkatrészeiről vagy arról, hogyan kapcsolódnak egymáshoz, és megpróbálod megjavítani, ha egyáltalán nem értjük, hogyan kapcsolódnak egymáshoz a dolgok , kicsi az esélyünk arra, hogy meg tudjuk javítani.

Lichtman projektjét eredetileg a National Institutes of Health ötéves, 7 millió dolláros támogatásának egy része finanszírozta, és nemrég további 30 millió dollárt kapott. Több mint öt év releváns NIH program. A szövetségi ügynökség célja, hogy javítsa a megismerést és az érzelmeket befolyásoló betegségek megértését.

A pénzből egy másikat is finanszíroznak Kapcsolódó projektekkiegészül a Google pro bono együttműködési erőfeszítéseivel, amelyek biztosították a projekt futtatásához szükséges számítási teljesítményt és mérnöki munkát.

Miután az emberi agymintát kiszínezték, kivágták és lefényképezték Lichtmanben laboratóriumA Google mérnökei gépi tanulást alkalmaztak a chipek újbóli összekapcsolására, és színeket alkalmaztak, hogy a vezetékeket szabad szemmel is láthatóvá tegyék.

Az 1 köbmilliméteres minta újraalkotásával kapcsolatos kihívás hatóköre Az emberi agyból Digitális formában olyan nagyszerű volt, hogy az egész emberi agy képalkotásának folytatására irányuló erőfeszítésnek még várnia kellett. Pontos kép róla Az egész emberi agy benne van Lichtman szerint ez a skála nagyjából megegyezne a világ egy év alatt előállított adatmennyiségével.

Éppen ezért a következő erőfeszítés szerényebb lesz: Lichtman és munkatársai az elkövetkező öt évben az első 10 köbmilliméteres szakaszt szeretnék lefényképezni. tőlünk Egér agy. A projekt a koncepció bizonyítéka, amelynek végső célja: egy teljes egéragy, 50-szer nagyobb.

„Az emberi agy egy másik tényező, amely ezerszer nagyobb lesz, mint az egéragy” – mondja Lichtman. – Nincs lehetőségünk ezeket az információkat tárolni.

Mindezen erőfeszítések haszna végül óriási lehet. A Google és mások arra számítanak, hogy az eredményeket arra használják fel, hogy javítsák az emberi agy mintájára készült mesterséges intelligencia-algoritmusok feltalálásának képességét.

Lichtman a maga részéről reméli, hogy választ kap az emberi elmével kapcsolatos alapvető kérdésekre: Hogyan vésődnek be a fejünkbe a világ ábrázolásai? Mik a tudás anyagi alapjai?

A projekt már olyan szellemi területre vitte, amelyre soha nem számított. „Csodálatosnak”, „varázslatosnak” és „mint egy fantáziának” írja le azt az élményt, amikor az irodájában ül egy új „neuroüveg” eszközzel, amely lehetővé tette számára, hogy egy neurális hálózat vizuális táján manőverezzen. Minden cellára külön-külön akart kattintani.

Lichtman Magellán, Amerigo Vespucci és más híres felfedezők nevére hivatkozva méltatta a felfedezés izgalmát.

„Ez nagyon hasonlít a Hubble-teleszkóp vagy a James Webb-teleszkóp használatához” – mondja Lichtman. „De ez nem egy teleszkóp, hanem egy mikroszkóp, amely lehetővé teszi számunkra, hogy benézzünk. Minden bizonnyal mindenféle dolog van, amit még soha nem láttunk. A terra incognitát kutatjuk.”

Adam Piore elérhető az [email protected] címen.