عندما ساهم اللاعبون عبر الإنترنت في اكتشاف علمي رئيسي

2024 مؤلف: Sherilyn Boyd | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-16 09:38

من أجل حل لغز الكيفية التي تدرك بها العين الحركة والاتجاه ، كان علماء الأعصاب في حاجة أولاً إلى إنشاء خريطة للمسارات العصبية في شبكية العين - للخروج من عددهم الهائل من الروابط المحتملة. مع العلم أن العديد من الأيدي (ولوحة اللمس) تجعل العمل خفيفًا ، فقد طوروا برنامجًا استخدم فيه اللاعبون عبر الإنترنت مجموعات مهاراتهم الفريدة لرسم هذه الروابط - وفعلوا شيئًا مفيدًا على الرغم من أنفسهم.

عيون تفعل أكثر من مجرد النظر

هناك اعتقاد خاطئ شائع بأن التصور يحدث بشكل كامل في الدماغ ، وأن مليارات الخلايا العصبية في الجسم هي مجرد مرسلين يرسلون بيانات أولية إلى المعالج المركزي. في الواقع ، على الأقل في الثدييات ، تقوم الخلايا العصبية في الشبكية بتحليل المعلومات المعقدة قبل إرسال تلك البيانات إلى حبةك.

يحدث هذا لأنه ، تبعاً لنوع الخلية العصبية وموقعها في شبكية العين ، سيتم تشغيله بواسطة أنواع مختلفة من المنبهات ، مثل الضوء أو الحركة. في دراسة أجريت عام 1964 ، وجد أن مجموعات معينة من الخلايا العصبية في شبكية العين من الأرانب تم إطلاقها حتى من حيث الحجم والاتجاه والسرعة. في الواقع ، بالنسبة لبعض الخلايا ، فإن الحركة في اتجاه معين فقط هي التي ستثيرها ، بحيث لا تتحرك الحركة في الاتجاه الآخر - وهي عملية يطلق عليها انتقائية الاتجاه.

هناك حاجة إلى أكثر من خلية واحدة لتحديد الاتجاه ، وتجري معا على الأقل تحليل بدائي للبيانات قبل إرساله عبر العصب البصري إلى الدماغ.

ومع ذلك ، حتى وقت قريب ، لم يكن أحد متأكدًا على وجه الدقة من كيفية توصيل هذه الخلايا العصبية المختلفة ونقلها.

خلايا في الشبكية

يجب أن تتعاون عدة أنواع من الخلايا العصبية البصرية من أجل إدراك الاتجاه: المستقبلات الضوئية والخلايا العصبية ثنائية القطب وخلايا الفسق النجمي. يتم إطلاق المستقبلات الضوئية بالضوء الذي يصيب شبكية العين ، حيث يرسلون إشارة كهربائية إلى الخلية ثنائية القطب التي توجّه الإشارة إلى خلايا الفسق النجمي.

هذه الخلايا النجمية (تفكر في عجلة الدراجة ومكبرتها) لديها العديد من الخيوط الصغيرة (تسمى التشعبات) تمتد في عدد لا يحصى من الاتجاهات ، مما يجعل من الطرق المعقدة والمسارات التي يصعب تتبعها. في نهاية المطاف ، على الرغم من ذلك ، يتم إرسال المعلومات من الانفجار النجمي إلى مجموعة من الخلايا العصبية (تسمى العقدة) ، والتي ترسل في نهاية المطاف البيانات التي تم تحليلها جزئيا إلى الدماغ.

صنع لعبة خارج العلم (والعلماء من اللاعبين)

قبل أن يتم رسم أي ارتباطات ، يجب أولاً إنتاج صورة ثلاثية الأبعاد عالية الجودة للشبكية. في البداية ، تم تقطيع الفأرة الشبكية إلى العديد من القطع الرقيقة جدًا وتم مسحها بواسطة مجهر إلكتروني. بعد وضعهما معاً ، تم إنشاء صورة ثلاثية الأبعاد ، ثم تم تحويلها إلى لعبة EyeWire حيث "يتم تحدي اللاعبين لرسم خريطة لعصبون من أحد جوانب المكعب إلى الجانب الآخر. فكر في الأمر على أنه لغز ثلاثي الأبعاد. يقوم اللاعبون بالتمرير عبر المكعب (يقيس حوالي 4.5 ميكرون لكل جانب أو أقل من 10X من متوسط عرض شعرة الإنسان) ويعيد بناء الخلايا العصبية في الأجزاء الحجمية بمساعدة خوارزمية الذكاء الاصطناعي التي تم تطويرها في Seung Lab ".

بالنسبة لهذا التحدي النجمي ، تمكّن أفضل 2000 لاعب من رسم خريطة كافية للشبكية للباحثين لتمييز واحد على الأقل من المسارات المستخدمة في الكشف عن الاتجاه. كان العلماء يقدرون مساهمات لاعبيهم ، وقد أدرجت EyeWirers كمؤلفين مشاركين في الورقة الأكاديمية حيث تم نشر النتائج.

كيف يكشف الشبكية عن الحركة

بشكل أساسي ، بالنسبة لكل تغصن في خلية فجة ، فإن نوعًا معينًا من الخلايا ثنائية القطب (BC3) سيتم إرفاقه إلى الخارج على طول الأسيد ، كما سيتم إرفاق نوع آخر من الخلايا ثنائية القطب (BC2) بالقرب من المحور. نوعان من الخلايا ثنائية القطب النار بمعدلات مختلفة ، مع BC2 وجود تأخير أطول.

عندما يتحرك الضوء ، فإنه يحفز المستقبلات الضوئية ، التي تسبب إطلاق كلا النوعين من الخلايا ثنائية القطب ؛ في كثير من الأحيان ، ستصل الرسائل من نوعي الخلايا على طول dendrite إلى الخلية النجمية في أوقات مختلفة (في جزء صغير بسبب التأخير الزمني الأكبر لـ BC2).

ومع ذلك ، عندما يتحرك كائن في عرض اتجاه معين ، فإن الرسائل المرسلة من نوعين من الخلايا ثنائية القطب (BC2 و BC3) تضرب الخلية النجارية. في نفس الوقتوالتي بدورها ستعجب بشكل كاف بأنها ترسل إشارة إلى خليتها العقدية: إخبار الدماغ بأن الجسم يتحرك في اتجاه يحدده اتجاه التندري المشحون بقوة.

يحذر مؤلفو الدراسة من أنه لم يتم رسم سوى جزء صغير من مسارات شبكية العين ، وأنه من المحتمل وجود خلايا عصبية أخرى تشارك في كشف الحركة.

ألعاب الدماغ الأخرى

على ألا يقتصر الأمر على الرؤية فقط ، تأمل EyeWire أن ترسم خريطة لكل وصلات الدماغ (تسمى connectome) ، وهناك مشروع جديد جاري لتتبع المسارات العصبية التي تربط الروائح المعينة بالاستجابات العاطفية.

حقائق من العصبون المكافأة

• لقد اتخذ طاقم EyeWire مهمة هائلة. هناك أكثر من 85 مليار الخلايا العصبية في جسم الإنسان المتوسط ، وبين 19 و 23 مليار في القشرة المخية فقط (حيث تقوم الخلايا الرمادية الصغيرة بفكرهم المعقد). وبالمقارنة ، فإن أقرب منافسنا هو الفيل الأفريقي الذي لا يملك سوى 11 مليار خلية عصبية في القشرة الدماغية لدماغها الكبير.
• على الرغم من أن الحكمة التقليدية تقول إن القشرة المخية الحديثة (حيث يحدث تفكيرنا الأكثر تعقيدًا) موجودة فقط في الثدييات ، فإن الدراسات الحديثة قد وصفت ذلك بأنه موضع شك. ويوجد نوعان على الأقل من الطيور وأحد السلحفاة يملكان نفس النوع من "الخلايا الشبيهة بالديدان العصبية" في أجزاء مختلفة من أدمغتهم ، وهي حقيقة تقود البعض إلى التساؤل عما إذا كانوا قادرين على وظائف دماغية متقدمة أم لا. على النقيض من ذلك ، فإن الإسفنج البحري يحتوي على صفر (0) خلايا عصبية.