Rezultatem jest najbardziej szczegółowa mapa cyfrowa, czyli „łączność” ludzkiego mózgu.
W czwartek Lichtman i jego współpracownicy opublikowali Wyniki Wyniki ich wysiłków opublikowano także w prestiżowym czasopiśmie Science renderingi internetowe Ludzki mózg, jakiego nigdy wcześniej nie widziano. W komplecie znajduje się program, który pozwala odwiedzającym przejść się przez mikroskopijny obcy krajobraz, tak szczegółowy, że Lichtman nie może oprzeć się poezji, gdy o tym opowiada.
„To obcy świat w twojej głowie” – powiedział. „Neurony są naprawdę oszałamiająco piękne. Nie ma na to dwóch zdań”.
To prawda, że wnioski uzyskane na podstawie małych próbek nie pozwoliły jeszcze odkryć tajemnic autyzmu, schizofrenii czy depresji. Nadal nie są w stanie wyjaśnić dynamiki ludzkiego uczenia się, pamięci i osobowości na poziomie komórkowym. Stanowią jednak ważny pierwszy krok w tym kierunku i dają przedsmak tego, czego możemy spodziewać się w nadchodzących dziesięcioleciach.
Ten złożony krajobraz zawiera dziwne struktury, których nigdy wcześniej nie widziano ani w żadnym podręczniku, a według słów Lichtmana „cudownie dziwaczne”. Komórki nerwowe skierowane są tylko w jednym z dwóch kierunków, przeciwnych do siebie. Aksony, dalekosiężne kable światłowodowe mózgu, są mimośrodowe w stosunku do linii prostych „wirować” Wyglądają jak turbany – następnie rozwikłaj i rozwiąż ponownie w liniach prostych. Niezależnie od celu Wiele z tych dziwnych sprzeczności będzie przedmiotem przyszłych badań.
Niektórzy już opracowują teorie zmieniające paradygmat i mogą ujawnić nowe, fundamentalne spostrzeżenia na temat działania mózgu. Szczególnie znaczące jest odkrycie czegoś, co wydaje się być nowym, niezwykle rzadkim „superpołączeniem” łączącym jednostki, powiedział Lichtman. Neurony mają włókna aksonów, które przenoszą informacje przechodzące przez mózg. Każde superzłącze ma 50 lub więcej występów, podczas gdy zwykle jest tylko jeden. Struktury te, stawia hipotezę Lichtman, mogą pomóc wyjaśnić, w jaki sposób wyuczone nawyki, takie jak bezmyślne zatrzymywanie się na czerwonym świetle, zostają zakodowane w fizycznej strukturze mózgu.
„Być może 99 procent połączeń między aksonami a poszczególnymi komórkami mózgowymi to właśnie te bardzo słabe połączenia” – mówi Lichtman. Jednak „im silniejsze są te połączenia, tym efektywniejszy jest przepływ informacji. Może to być sposób na wyjaśnienie, że gdy się czegoś nauczysz, automatycznie potrafisz to zrobić”.
Nowy artykuł jest częścią większej serii projektów finansowanych przez BRAIN Initiative – ważną inicjatywę naukową rozpoczętą przez administrację Obamy w 2013 roku w celu odkrycia fundamentalnych informacji na temat ludzkiego mózgu.
„To wielka sprawa” – powiedział Ed Lean, neurolog z Allen Institute for Brain Sciences w Seattle, który nie był zaangażowany w badanie. Mapowanie jest „naprawdę pierwszym tego rodzaju u człowieka”.
Leanne pomaga przewodzić Kolejny element inicjatywy BRAIN, Powiedział, że praca Lichtmana może zrewolucjonizować nasze rozumienie ludzkiego mózgu i znacznie poprawić naszą zdolność leczenia chorób.
„Bardzo słabo rozumiemy ten tor” – powiedział. „Wyobraź sobie, że Twój telefon komórkowy jest zepsuty, nie masz pojęcia o jego elementach ani o tym, jak są ze sobą połączone, i próbujesz to naprawić. Jeśli nie rozumiemy, jak dana rzecz jest złożona, mamy bardzo małe szanse na naprawienie tego.
Projekt Lichtmana, pierwotnie finansowany w ramach pięcioletniego grantu w wysokości 7 milionów dolarów od Narodowego Instytutu Zdrowia, otrzymał niedawno 30 milionów dolarów. Ponad pięć lat od odpowiedniego programu NIH. Celem agencji federalnej jest pogłębienie wiedzy na temat chorób wpływających na funkcje poznawcze i emocje.
Pieniądze, które finansują innych Powiązane projektyUzupełniony bezpłatnymi spółkami joint venture Google, zapewnił moc obliczeniową i siłę roboczą inżynieryjną potrzebną do realizacji projektu.
Po zabarwieniu próbkę ludzkiego mózgu pocięto na skrawki i sfotografowano W Lichtmanie LaboratoriumInżynierowie Google wykorzystują uczenie maszynowe, aby złożyć te elementy w całość, i używają kolorów, aby okablowanie było widoczne gołym okiem.
Wyzwanie ma na celu odtworzenie tego modelu o objętości 1 milimetra sześciennego ludzkiego mózgu Znacznie lepiej w formie cyfrowej, obrazowanie całego ludzkiego mózgu musiałoby poczekać. Dokładny obraz Cały ludzki mózg Lichtman twierdzi, że byłoby to mniej więcej równe ilości danych wytworzonych na całym świecie w ciągu jednego roku.
Dlatego następna próba będzie skromniejsza: w ciągu najbliższych pięciu lat Lichtman i jego współpracownicy zamierzają zobrazować pierwszy obszar o powierzchni 10 milimetrów sześciennych. A Mózg myszy. Projekt jest dowodem koncepcji ostatecznego celu: pełnego mózgu myszy, 50 razy większego.
„Ludzki mózg jest tysiąc razy większy niż mózg myszy” – mówi Lichtman. „Nie mamy możliwości przechowywania takich informacji”.
Opłacalność wszystkich tych wysiłków może ostatecznie okazać się ogromna. Google i inne firmy mają nadzieję wykorzystać odkrycia do udoskonalenia swoich możliwości w opracowywaniu algorytmów sztucznej inteligencji modelujących ludzki mózg.
Lichtman ze swojej strony ma nadzieję odpowiedzieć na fundamentalne pytania dotyczące ludzkiego umysłu: w jaki sposób reprezentacje świata są osadzone w naszych głowach? Jakie są fizyczne podstawy wiedzy?
Projekt już wprowadził go na terytorium intelektualne, na które nigdy nie spodziewał się wejść. Doświadczenie związane z pracą w biurze z nowym narzędziem „NeuroGlancer” pozwoliło mu manipulować wizualnym krajobrazem połączeń neuronowych jako „niesamowitym”, „magicznym” i „fantastycznym”. Chciał kliknąć każdą komórkę.
Cytując nazwiska Magellana, Americo Vespucciego i innych znanych odkrywców, Lichtman wychwalał dreszczyk emocji towarzyszący odkryciom.
„To jak korzystanie z teleskopu Hubble’a lub teleskopu Jamesa Webba” – mówi Lichtman. „Ale to nie jest teleskop, to mikroskop, który pozwala nam zajrzeć do środka. Oczywiście jest tam mnóstwo rzeczy, których nigdy wcześniej nie widzieliśmy. Badamy Terra Incognita.
Z Adamem Piore’em można się skontaktować pod adresem adam.piore@globe.com.