Wenn Online-Spieler zu einer wichtigen wissenschaftlichen Entdeckung beigetragen haben

Wenn Online-Spieler zu einer wichtigen wissenschaftlichen Entdeckung beigetragen haben

Um den unersättlichen Appetit der Menschen nach neuen Wegen zu versuchen, Zeit zu verschwenden und Zeit zu verlieren, haben einige Forscher der Ivy League kürzlich ein zentrales Element ihrer Arbeit zu einem Online-Spiel gemacht.

Um das Rätsel, wie das Auge Bewegung und Richtung wahrnimmt, zu lösen, mussten die Neurowissenschaftler zunächst eine Karte der neuralen Bahnen der Netzhaut erstellen - aus ihrer gewaltigen Anzahl möglicher Verbindungen. Da sie wussten, dass viele Hände (und Touchpads) die Arbeit erleichtern, entwickelten sie ein Programm, bei dem Online-Gamer ihre einzigartigen Fähigkeiten verwendeten, um diese Verbindungen abzubilden - und trotz allem etwas Produktives leisten.

Augen tun mehr als nur zu sehen

Ein weit verbreitetes Missverständnis besagt, dass die Wahrnehmung vollständig im Gehirn geschieht und die Milliarden von Neuronen im Körper lediglich Boten sind, die Rohdaten an den zentralen Prozessor senden. Zumindest bei Säugetieren analysieren die Neuronen in der Netzhaut komplexe Informationen, lange bevor diese an Ihre Bohne gesendet werden.

Dies geschieht dadurch, dass je nach Art und Ort der Nervenzelle in der Netzhaut unterschiedliche Reize wie Licht oder Bewegung ausgelöst werden. In einer Studie von 1964 wurde festgestellt, dass bestimmte Gruppen von Nervenzellen in der Netzhaut von Kaninchen sogar durch Größe, Richtung und Geschwindigkeit ausgelöst wurden. [i] Tatsächlich würde für einige Zellen nur eine Bewegung in eine bestimmte Richtung sie auslösen, so dass eine Bewegung in die andere Richtung nicht möglich wäre - ein Vorgang, der als Richtungsselektivität bezeichnet wird.

Um die Richtung zu bestimmen, wird mehr als eine Zelle benötigt. Zusammen führen sie mindestens eine primitive Analyse der Daten durch, bevor sie über den Sehnerv zum Gehirn geleitet werden.

Bis vor kurzem war sich jedoch niemand genau sicher, wie diese verschiedenen Nervenzellen miteinander verbunden waren und kommunizierten.

Zellen in der Netzhaut

Mehrere Arten von visuellen Nervenzellen müssen zusammenarbeiten, damit die Richtung wahrgenommen werden kann: Fotorezeptoren, bipolare Neuronen und Starburst-Amakrinzellen. Die Photorezeptoren werden durch das Auftreffen von Licht auf die Netzhaut ausgelöst, wodurch ein elektrisches Signal an die Bipolarzelle gesendet wird, das das Signal an die Starburst-Amakrinzellen weiterleitet.

Diese Starburst-Zellen (denken Sie an ein Fahrradrad und seine Speichen) haben zahlreiche kleine Filamente (Dendriten), die sich in unzählige Richtungen erstrecken und komplexe Verbindungen und Pfade bilden, die schwer zu verfolgen sind. Letztendlich werden jedoch Informationen vom Starburst an eine Ansammlung von Nervenzellen (Ganglion genannt) gesendet, die letztendlich die teilweise analysierten Daten an das Gehirn sendet.

Ein Spiel aus der Wissenschaft machen (und Wissenschaftler aus den Spielern)

Bevor irgendwelche Verbindungen abgebildet werden konnten, musste zunächst ein qualitativ hochwertiges 3D-Bild der Netzhaut erstellt werden. Zunächst wurde eine Mausretina in viele superdünne Stücke geschnitten und diese mit einem Elektronenmikroskop abgetastet. Nachdem sie zusammengesetzt wurden, wurde ein 3D-Bild erstellt, das dann in ein EyeWire-Spiel verwandelt wurde, in dem „die Spieler aufgefordert werden, Zweige eines Neurons von einer Würfelseite zur anderen zu kartieren. Betrachten Sie es als 3D-Puzzle. Die Spieler scrollen durch den Würfel (messen etwa 4,5 Mikrometer pro Seite oder ~ 10x kleiner als die durchschnittliche Breite eines menschlichen Haares) und rekonstruieren Neuronen in volumetrischen Segmenten mit Hilfe eines künstlichen Intelligenzalgorithmus, der im Seung Lab entwickelt wurde. “

Für diese Starburst-Herausforderung konnten die besten 2.000 Spieler erfolgreich die Netzhaut der Netzhaut abbilden, sodass die Forscher mindestens einen der Richtungserkennungspfade erkennen konnten. Die Wissenschaftler waren so dankbar für die Beiträge ihrer Spieler, die EyeWirers wurden als Co-Autoren in die wissenschaftliche Arbeit aufgenommen, in der die Ergebnisse veröffentlicht wurden.

Wie die Retina Bewegung erkennt

Im Wesentlichen würde für jeden Dendriten in einer Starburst-Zelle ein bestimmter Typ einer Bipolarzelle (BC3) entlang des Dentrits nach außen und ein anderer Typ einer Bipolarzelle (BC2) in der Nähe der Nabe angebracht sein. Die zwei Arten von bipolaren Zellen feuern mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, wobei der BC2 eine längere Verzögerung hat.

Wenn Licht in Sicht kommt, regt es die Photorezeptoren an, wodurch beide Arten von bipolaren Zellen ausgelöst werden. Häufig erreichen die Meldungen der beiden Zelltypen entlang eines Dendriten die Starburst-Zelle zu unterschiedlichen Zeitpunkten (nicht zuletzt aufgrund der größeren Zeitverzögerung von BC2).

Wenn sich jedoch ein sichtbares Objekt entlang der Richtung eines bestimmten Dendriten bewegt, treffen die Nachrichten, die von seinen beiden Arten von Bipolarzellen (BC2 und BC3) gesendet werden, auf die Starburst-Zelle zur selben Zeit, die wiederum so beeindruckt ist, dass sie ein Signal an ihre Ganglienzelle sendet:Grundsätzlich dem Gehirn sagen, dass sich das Objekt in einer Richtung bewegt, die durch die Ausrichtung des stark feuernden Dendriten bestimmt wird. “

Die Autoren der Studie warnen davor, dass nur ein kleiner Teil der Netzhautbahnen der Netzhaut kartiert wurde und wahrscheinlich andere Nervenzellen an der Bewegungserkennung beteiligt sind.

 Andere Denkspiele

EyeWire ist nicht nur auf das Sehen beschränkt, sondern hofft, alle Verbindungen des Gehirns (Connectome genannt) abzubilden. Ein neues Projekt ist im Gange, um die neuronalen Pfade zu verfolgen, die bestimmte Düfte mit emotionalen Reaktionen verbinden.

Bonus Neuron Fakten

  • Die EyeWire-Crew hat eine enorme Aufgabe übernommen. Es gibt über 85 Milliarde Neuronen im durchschnittlichen menschlichen Körper und zwischen 19 und 23 Milliarden nur in der Großhirnrinde (wo die kleinen grauen Zellen ihr komplexes Denken machen). Unser nächster Konkurrent ist dagegen der afrikanische Elefant, der nur 11 Milliarden Neuronen im Cortex ihres großen Gehirns hat.
  • Obwohl herkömmliche Weisheit besagt, dass der Neokortex (wo unser komplexestes Denken auftritt) nur bei Säugetieren zu finden ist, hat die jüngste Wissenschaft dies in Frage gestellt. Mindestens zwei Vogelarten und eine der Schildkröten haben in verschiedenen Teilen ihres Gehirns jeweils den gleichen Typ von "neokortexähnlichen Zellen". Dies führt dazu, dass einige in Frage gestellt werden, ob sie in der Lage sind, fortgeschrittene Gehirnfunktionen zu beherrschen. Im Gegensatz dazu haben Seeschwämme null (0) Nervenzellen.

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