Apabila Pemain Dalam Talian Menyumbang kepada Penemuan Saintifik Utama

2024 Pengarang: Sherilyn Boyd | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-16 09:39

Untuk menyelesaikan teka-teki tentang bagaimana mata melihat gerakan dan arah, ahli-ahli saraf perlu terlebih dahulu membuat peta laluan neural retina - daripada bilangan yang mungkin sambungannya yang menakutkan. Mengetahui bahawa banyak tangan (dan touchpads) membuat kerja ringan, mereka membangunkan program di mana pemain dalam talian menggunakan set kemahiran unik mereka untuk memetakan hubungan mereka - dan melakukan sesuatu yang produktif walaupun mereka sendiri.

Mata Adakah Lebih Daripada Hanya Melihat

Kesalahpahaman yang popular memegang bahawa persepsi berlaku sepenuhnya di dalam otak, dan berbilion-bilion neuron di dalam badan hanyalah utusan yang menghantar data mentah ke pemproses pusat. Malah, sekurang-kurangnya dalam mamalia, neuron dalam retina menganalisis maklumat yang rumit sebelum data tersebut dihantar ke kacang anda.

Ini berlaku kerana, bergantung pada jenis dan lokasi sel saraf di retina, ia akan dicetuskan oleh pelbagai rangsangan, seperti cahaya atau gerakan. Dalam kajian tahun 1964, didapati kumpulan tertentu sel-sel saraf dalam retina arnab bahkan dipicu oleh saiz, arah dan kelajuan. Malah, bagi sesetengah sel, hanya pergerakan dalam arah tertentu akan mencetuskannya, seperti pergerakan ke arah yang lain tidak akan - suatu proses yang disebut selektiviti arah.

Lebih daripada satu sel diperlukan untuk menentukan arah, dan bersama-sama mereka melakukan sekurang-kurangnya analisis primitif data sebelum menghantarnya melalui saraf optik ke otak.

Walau bagaimanapun, sehingga baru-baru ini, tidak ada yang pasti bagaimana sel-sel saraf ini berkaitan dan disampaikan.

Sel dalam Retina

Beberapa jenis sel saraf visual perlu bekerjasama untuk arah yang dirasakan: photoreceptors, neuron bipolar dan sel-sel amacrine starburst. Photoreceptor dipicu oleh cahaya yang memukul retina, di mana mereka menghantar isyarat elektrik ke sel bipolar yang meneruskan isyarat kepada sel-sel amacrine starburst.

Sel-sel starburst ini (memikirkan roda basikal dan jurucakapnya) mempunyai banyak filamen kecil (dipanggil dendrit) memanjangkan pelbagai arah, menjadikan sambungan dan laluan yang rumit, yang sukar dijejaki. Akhirnya, maklumat dihantar dari starburst ke koleksi sel-sel saraf (dipanggil ganglion), yang akhirnya menghantar data yang sebahagiannya dianalisis ke otak.

Membuat Permainan dari Sains (dan Para Ilmuwan dari Gamer)

Sebelum apa-apa sambungan dapat dipetakan, imej 3D retina yang berkualiti tinggi perlu dihasilkan terlebih dahulu. Pada mulanya, retina tikus dihiris ke dalam kepingan super-nipis dan ini diimbas oleh mikroskop elektron. Selepas mereka disusun, imej 3D dicipta, dan kemudiannya berubah menjadi permainan EyeWire di mana "pemain dicabar untuk memetakan cabang dari neuron dari satu sisi kiub ke arah yang lain. Fikirkan ia sebagai teka-teki 3D. Pemain melancarkan kiub (mengukur kira-kira 4.5 mikron setiap sisi atau ~ 10x lebih kecil daripada lebar purata rambut manusia) dan membina semula neuron dalam segmen volumetrik dengan bantuan algoritma kecerdasan tiruan yang dibangunkan di Seung Lab."

Untuk Cabaran Starburst ini, 2,000 pemain terbaik berjaya berjaya memetakan retina cukup untuk para penyelidik membezakan sekurang-kurangnya satu daripada laluan yang digunakan dalam pengesanan arah. Ahli-ahli sains sangat menghargai sumbangan pemain mereka, EyeWirers dimasukkan sebagai pengarang bersama dalam kertas akademik di mana penemuan telah diterbitkan.

Bagaimana Retina Mengesan Pergerakan

Secara asasnya, bagi setiap dendrite pada sel starburst, jenis sel bipolar (BC3) tertentu akan dilekatkan di sepanjang dentrite, dan satu lagi jenis sel bipolar (BC2) akan dipasang di dekat hab. Kedua-dua jenis sel bipolar terbakar pada kadar yang berbeza, dengan BC2 mempunyai kelewatan yang lebih lama.

Apabila cahaya bergerak ke arah pandangan, ia merangsang fotoreceptor, yang menyebabkan kedua-dua jenis sel bipolar terbakar; Selalunya, mesej dari kedua-dua jenis sel sepanjang dendrite akan mencapai sel starburst pada masa yang berlainan (tidak sekata kerana kelewatan masa BC2 yang lebih besar).

Walau bagaimanapun, apabila objek yang dilihat bergerak sepanjang arah dendrite tertentu, mesej yang dihantar dari dua jenis sel bipolar (BC2 dan BC3) melanda sel starburst pada masa yang sama, yang seterusnya akan cukup terkesan bahawa ia menghantar isyarat kepada sel ganglion: "Pada asasnya memberitahu otak bahawa objek bergerak ke arah yang ditentukan oleh orientasi dendrit yang menembak dengan kuat."

Penulis kajian ini memberi amaran bahawa hanya sebahagian kecil daripada laluan retina yang telah dipetakan, dan terdapat kemungkinan sel saraf lain yang terlibat dalam pengesanan gerakan.

Permainan Otak Lain

Tidak terhad kepada penglihatan sahaja, EyeWire berharap dapat memetakan semua sambungan otak (dipanggil connectome), dan satu projek baru sedang dijalankan untuk mengesan laluan saraf yang menghubungkan aroma tertentu dengan tindak balas emosi.

Fakta Neuron Bonus

• Krew EyeWire telah mengambil tugas yang besar. Terdapat lebih daripada 85 orang bilion neuron dalam badan manusia purata, dan antara 19 dan 23 bilion hanya dalam korteks serebrum (di mana sel kelabu kecil melakukan pemikiran kompleks mereka). Sebagai perbandingan, pesaing terdekat kita adalah gajah Afrika yang hanya mempunyai 11 bilion neuron dalam korteks otaknya yang besar.
• Walaupun kebijaksanaan konvensional telah menyatakan bahawa neocortex (di mana pemikiran kita yang paling rumit berlaku) hanya terdapat dalam mamalia, biasiswa baru-baru ini telah menimbulkan persoalan ini. Sekurang-kurangnya dua spesies burung dan satu kura-kura masing-masing mempunyai jenis "sel seperti neokorteks" yang sama di bahagian otak yang berbeza, suatu fakta yang mengarahkan beberapa untuk mempersoalkan sama ada mereka mampu fungsi otak lanjutan. Sebaliknya, span laut mempunyai sifar (0) sel-sel saraf.