Boceto mural para la ciudad de Cambridge, Massachusetts. Publicado por Daniela Gamba.El juego EyeWire, sobre el cual ya escribí un
artículo aquí, continúa produciendo material nuevo. Los científicos en el laboratorio de Sebastian Seung no confían solo en el juego y solo en los esfuerzos de los voluntarios científicos para avanzar en la investigación en el campo de la investigación del cerebro, sino que ciertamente tiene valor científico.
Según las
estadísticas oficiales del juego durante 5 años, se han registrado 265 mil personas de 186 países (los datos se basan en los perfiles de los jugadores y pueden ser inexactos). Se analizaron 10 millones de "cubos" con procesos celulares, se completaron modelos para aproximadamente 3,000 células. ¿Es mucho o poco? Un equipo de científicos tardó más de 10 años en describir completamente 302 neuronas nematodas (C. elegans) y las conexiones entre ellas, el trabajo se completó en 1984. El
artículo establece que, aunque se utilizó la ayuda de la computadora, la mayoría del trabajo en 8000 disparos fue realizado por científicos manualmente. El progreso no se detiene y hoy podemos "confiar" el proceso de reconstrucción de redes neuronales a redes neuronales de computadora, pero primero estas redes necesitan ser enseñadas. Los problemas de este proceso son
descritos , por ejemplo, por otro equipo de científicos que reconstruyen las neuronas de Drosophila. Por otro lado, no se puede hablar de una descripción completa de las conexiones neuronales (conectomas) en organismos más complejos sin ninguna mejora radical en la velocidad de modelado. En pequeños animales y aves, el sistema nervioso comprende de 10 a 500 millones de neuronas, en general, más de mil millones, en particular alrededor de 86 mil millones de neuronas en humanos.
A pesar del hecho de que los intentos de describir completamente los conectomas de animales completos aún están lejos de ser exitosos, incluso los descubrimientos individuales enriquecen enormemente la ciencia en rápido desarrollo. Por ejemplo, una
publicación sobre el descubrimiento de nuevos compuestos en una parte bien estudiada del cerebro de Drosophila como resultado de la reconstrucción de su conectoma. También se está trabajando en la investigación derivada: por ejemplo, tener un modelo del sistema nervioso de nematodos, construir un modelo informático general del gusano mismo, simulando su comportamiento. El proyecto
OpenWorm se dedica a esto:
un artículo sobre Habr,
noticias sobre Habr.
Pero volvamos a EyeWire. Junto con la forma en que los científicos trabajan con los datos brutos obtenidos de un microscopio electrónico, los voluntarios de EyeWire realmente crean un conjunto de datos verificados. El "efecto secundario" de crear tal conjunto de datos de referencia es el descubrimiento de nuevos tipos y subtipos de células que los científicos no han encontrado previamente. Las decisiones humanas también ayudan en los casos en que es imposible distinguir el curso de las ramas de una neurona en un corte debido a su intersección con otra neurona. Una conexión simple de acuerdo con ciertos signos, como el brillo, no permite comprender que tenemos ante nosotros la ramificación de la neurona en estudio o parte de la rama de otra (
ejemplos en el sitio web del juego). Además de las ilustraciones, de las cuales queda claro por qué es difícil incluso para una persona reconstruir los procesos celulares, preparé un
video con el proceso del juego. El video registra la reconstrucción de varios "cubos" con procesos celulares, y a 1: 40-2: 20 uno de los defectos (intersección sin contraste) es visible y el proceso continúa más allá.
Los datos con los que EyeWire está trabajando actualmente se dividen en 2 partes grandes: neuronas de la
retina del
ratón y células más complejas del
cerebro del pez cebra.
El primer conjunto de datos tiene un tamaño de 16 sectores, cada uno de 50x50 micras, el número de celdas se estima en 2000. El trabajo en el conjunto de datos comenzó en enero de 2016, en diciembre de 2017 (el quinto aniversario del juego), las últimas celdas del noveno sector fueron investigadas, a partir de mayo de 2019, ya mediados de 14 sectores. Al mismo tiempo, no tomamos células gliales para construir, son auxiliares y (que yo sepa) no forman sinapsis con otras neuronas. En el laboratorio hay quienes ayudan con la organización del proceso (creadores de juegos) y quienes trabajan con células ya procesadas y sus conexiones, considerándolas desde el punto de vista de las opiniones modernas sobre la funcionalidad y las conexiones de esta parte del cerebro.
En un artículo anterior, mencioné Zoouniverse como un ejemplo de una plataforma donde, con la ayuda de aficionados, se resuelven tareas bastante científicas de varias direcciones. Eyewire tiene una serie de diferencias con los scripts de Zoouniverse, para lo cual se necesitó escribir su propio motor y por qué la comunidad en el juego no está necesariamente conectada con otros proyectos.
La simulación tiene lugar en tres dimensiones, la imagen de la neurona es completamente tridimensional.
El proceso comienza cuando el creador del juego encuentra un núcleo celular previamente no reconstruido en el conjunto de datos y elimina los primeros procesos. Luego, el creador del juego le da un enlace a este "germen" y le pide a los jugadores experimentados que evalúen la complejidad de la célula (1 o 2). En algún momento, la celda se saca al público, a partir de ese momento, cualquier jugador en el juego que haya pasado el material de entrenamiento del nivel apropiado puede trabajar en ella. En las celdas más ligeras de tipo 1, donde los principiantes tienen acceso, el cubo se considera completado cuando hay tres reconstrucciones, y si al menos uno de los segmentos de reconstrucción se apoya contra la pared del cubo, el juego busca una sección vecina en el conjunto de datos y lo sustituye por más juegos. En caso de conflicto de opinión, el juego contará con la mayoría. La opinión mayoritaria puede ser corregida por jugadores con acceso de edición (la administración brinda la oportunidad con varios meses de experiencia y parámetros de alta precisión de reconstrucciones previas) y la propia administración (creadores de juegos). Además, los jugadores con acceso para editar colocan la etiqueta "completada" en el cubo, mientras se retira del juego. Tan pronto como las etiquetas "completadas" de dos jugadores diferentes se colocan en todos los cubos, los creadores de juegos toman la celda para la verificación final. En el laboratorio, tienen una visualización de todas las células reconstruidas y las conexiones entre ellas, lo que nos permite encontrar deficiencias y áreas problemáticas.
A pesar del número relativamente pequeño de participantes activos (100-200 personas dan alrededor del 90% de la contribución por mes), ya está claro que en este conjunto de datos, tanto el juego como el estudio del cerebro de animales pequeños con su ayuda no terminarán. Para jugadores experimentados, un conjunto de datos de cerebro de pez cebra está disponible en paralelo, y un equipo de creadores y desarrolladores de juegos está planeando un nuevo proyecto llamado Neo, que estudiará los axones (en lugar de las dendritas, como lo es ahora). No me gustó la vista previa del juego que vi (parecía centrarse en los niños en edad escolar secundaria), pero espero con ansias lo que viene de él. El tiempo, como suele suceder, se pospuso más de una vez.