Google pomaga naukowcom z Harvardu w mapowaniu ludzkiego mózgu

Rezultatem jest najbardziej szczegółowa mapa cyfrowa, czyli „sieć neuronowa”, ludzkiego mózgu, jaką kiedykolwiek stworzono.

W czwartek Lichtman i jego partnerzy ujawnili prawdę wyniki Za swoje wysiłki w prestiżowym czasopiśmie Science, a także opublikowanym w renderingi internetowe Ludzki mózg inny niż kiedykolwiek wcześniej. Do filmu dołączono oprogramowanie, które pozwalało widzom poruszać się po mikroskopijnym krajobrazie kosmicznym tak szczegółowym, że Lichtman nie mógł powstrzymać się od poezji, gdy o tym mówił.

„To dziwny świat w twojej głowie” – powiedział. „Same neurony są naprawdę oszałamiająco piękne. Nie ma na to dwóch zdań”.

Prawdą jest, że spostrzeżenia uzyskane na podstawie małej próby nie odsłoniły jeszcze tajemnic autyzmu, schizofrenii czy depresji. Nie potrafią jeszcze wyjaśnić mechanizmów ludzkiego uczenia się, pamięci i osobowości na poziomie komórkowym. Stanowi jednak ważny pierwszy krok w tym kierunku i zapewnia kuszący wgląd w wizje, jakie możemy ujrzeć w nadchodzących dziesięcioleciach.

W tym złożonym krajobrazie znajdują się dziwne, nigdy wcześniej nie widziane, niewymagające podręczników konstrukcje, w tym, według słów Lichtmana, „fantastycznie dziwne”. Neurony skierowane tylko w jednym kierunku, bezpośrednio naprzeciw siebie. Aksony, kable światłowodowe dalekiego zasięgu w mózgu, skręcają z linii prostych do nieparzystych „Wiry” Które wyglądają jak turbany – następnie rozplątaj i wróć do linii prostych. Cel Wiele z tych dziwnych anomalii pozostaje przedmiotem przyszłych badań.

Niektórzy już tworzą potencjalne teorie zmieniające paradygmat, które mogą ujawnić nowe, fundamentalne informacje na temat działania mózgu. Najważniejszym wydarzeniem, powiedział Lichtman, jest odkrycie czegoś, co wydaje się być nowym i niezwykle rzadkim typem „superpołączenia”, które łączy jednostki. Neurony do włókien aksonalnych, które przenoszą informacje i które przecinają się z mózgiem. Każde superpołączenie ma kombinację około 50 występów, podczas gdy zwykle jest tylko jeden. Lichtman wysuwa hipotezę, że struktury te mogą pomóc wyjaśnić, w jaki sposób wyuczone nawyki, takie jak bezmyślne zatrzymywanie się na czerwonym świetle, są wyryte w fizycznej strukturze mózgu.

„Prawdopodobnie 99% połączeń między aksonami a poszczególnymi komórkami mózgowymi to połączenia bardzo słabe” – mówi Lichtman. Ale „te silne połączenia są tak silne, że informacje mogą przepływać bardzo efektywnie. Może to być sposób na wyjaśnienie faktu, że gdy się czegoś nauczysz, automatycznie potrafisz to zrobić”.

Nowe badanie stanowi część znacznie większej serii projektów finansowanych w ramach inicjatywy BRAIN – ogromnego wysiłku naukowego rozpoczętego przez administrację Obamy w 2013 roku w celu odkrycia fundamentalnych informacji na temat ludzkiego mózgu.

„To dość poważna sprawa” – powiedział Ed Lin, neurolog z Allen Institute for Brain Science w Seattle, który nie był zaangażowany w badanie. Mapowanie to „najpierw człowiek”.

Len, który pomaga prowadzić Kolejny element inicjatywy BRAIN, Powiedział, że praca Lichtmana może pomóc zmienić nasze rozumienie ludzkiego mózgu i radykalnie poprawić naszą zdolność do leczenia chorób.

„Bardzo słabo rozumiemy te obwody” – stwierdził. „Wyobraź sobie, że Twój telefon komórkowy się zepsuł, a Ty nie wiesz nic o jego elementach ani o tym, jak są ze sobą połączone, i próbujesz to naprawić, jeśli w ogóle nie rozumiemy, jak wszystko jest ze sobą powiązane , nasze szanse na naprawienie tego są nikłe.

Projekt Lichtmana został pierwotnie sfinansowany w ramach pięcioletniego grantu o wartości 7 milionów dolarów przyznanego przez Narodowy Instytut Zdrowia, a niedawno otrzymał dodatkowe 30 milionów dolarów. Ponad pięć lat odpowiedniego programu NIH. Celem agencji federalnej jest lepsze zrozumienie chorób wpływających na funkcje poznawcze i emocje.

Pieniądze finansują także kolejny Powiązane projektyuzupełniają wysiłki pro bono firmy Google, która zapewniła moc obliczeniową i pracę inżynieryjną niezbędną do realizacji projektu.

Po pokolorowaniu, wycięciu i sfotografowaniu próbki ludzkiego mózgu W Lichtmanie laboratoriumInżynierowie Google zastosowali uczenie maszynowe, aby ponownie połączyć te chipy, i zastosowali kolory, aby przewody były widoczne gołym okiem.

Zakres wyzwania polegającego na odtworzeniu próbki o objętości 1 milimetra sześciennego Z ludzkiego mózgu W formie cyfrowej było tak wspaniałe, że wysiłki mające na celu dalsze obrazowanie całego ludzkiego mózgu musiały poczekać. Dokładny obraz Działa cały ludzki mózg Skala ta, mówi Lichtman, byłaby mniej więcej równa ilości danych wytworzonych na całym świecie w ciągu jednego roku.

Dlatego też następny wysiłek będzie skromniejszy: w ciągu najbliższych pięciu lat Lichtman i jego współpracownicy zamierzają sfotografować pierwszą sekcję o objętości 10 milimetrów sześciennych. od nas Mózg myszy. Projekt jest weryfikacją koncepcji, której ostatecznym celem jest: kompletny mózg myszy, 50 razy większy.

„Ludzki mózg będzie kolejnym czynnikiem tysiąc razy większym niż mózg myszy” – mówi Lichtman. „Nie mamy możliwości przechowywania takich informacji”.

Korzyści z tych wszystkich wysiłków mogą ostatecznie być ogromne. Google i inne firmy spodziewają się wykorzystać wyniki do udoskonalenia swoich możliwości w zakresie opracowywania algorytmów sztucznej inteligencji wzorowanych na ludzkim mózgu.

Ze swojej strony Lichtman ma nadzieję odpowiedzieć na podstawowe pytania dotyczące ludzkiego umysłu: w jaki sposób reprezentacje świata mogą zostać odciśnięte w naszych głowach? Jakie są materialne podstawy wiedzy?

Projekt już wprowadził go na terytorium intelektualne, na które nigdy nie spodziewał się wejść. Opisuje doświadczenie siedzenia w swoim biurze z nowym narzędziem „neuroglass”, które pozwoliło mu manewrować w wizualnym krajobrazie sieci neuronowej, jako „cudowne”, „magiczne” i „przypominające fantazję”. Chciał kliknąć każdą komórkę z osobna.

Przywołując nazwiska Magellana, Amerigo Vespucciego i innych znanych odkrywców, Lichtman pochwalił podekscytowanie odkryciem.

„Jest to bardzo podobne do korzystania z Teleskopu Hubble’a lub Teleskopu Jamesa Webba” – mówi Lichtman. „Ale to nie jest teleskop, to mikroskop, który pozwala nam zajrzeć do środka. Z pewnością jest tam mnóstwo rzeczy, których nigdy wcześniej nie widzieliśmy. Badamy terra incognita”.

Z Adamem Piore’em można się skontaktować pod adresem [email protected].