Wandskizze für die Stadt Cambridge, Massachusetts. Gepostet von Daniela Gamba.Das EyeWire-Spiel, über das ich hier bereits einen
Artikel geschrieben habe, produziert weiterhin neues Material. Wissenschaftler im Labor von Sebastian Seung verlassen sich nicht nur auf das Spiel und nur auf die Bemühungen von freiwilligen Wissenschaftlern, die Forschung auf dem Gebiet der Gehirnforschung voranzutreiben, sondern es hat sicherlich wissenschaftlichen Wert.
Laut der
offiziellen Statistik des Spiels über 5 Jahre haben sich 265.000 Menschen aus 186 Ländern registriert (Daten basieren auf Spielerprofilen und sind möglicherweise ungenau). 10 Millionen "Würfel" mit Zellprozessen wurden analysiert, Modelle für ca. 3.000 Zellen wurden fertiggestellt. Ist es viel oder wenig? Ein Wissenschaftlerteam brauchte mehr als 10 Jahre, um 302 Nematodenneuronen (C. elegans) und die Verbindungen zwischen ihnen vollständig zu beschreiben. Die Arbeit wurde 1984 abgeschlossen. Der
Artikel besagt, dass, obwohl Computerhilfe verwendet wurde, die meisten Arbeiten an 8000 Aufnahmen von Wissenschaftlern manuell durchgeführt wurden. Der Fortschritt steht nicht still und heute können wir den Prozess der Rekonstruktion neuronaler Netze computergestützten neuronalen Netzen „anvertrauen“, aber zuerst müssen diese Netze gelehrt werden. Die Probleme dieses Prozesses werden beispielsweise von einem anderen Wissenschaftlerteam beschrieben, das Drosophila-Neuronen rekonstruiert. Andererseits kann man nicht von einer vollständigen Beschreibung neuronaler Verbindungen (Connectome) in komplexeren Organismen sprechen, ohne die Geschwindigkeit der Modellierung radikal zu verbessern. Bei kleinen Tieren und Vögeln umfasst das Nervensystem 10 bis 500 Millionen Neuronen - mehr als eine Milliarde, insbesondere etwa 86 Milliarden Neuronen beim Menschen.
Trotz der Tatsache, dass Versuche, die Konnektome ganzer Tiere vollständig zu beschreiben, noch lange nicht erfolgreich sind, bereichern selbst einzelne Entdeckungen die sich schnell entwickelnde Wissenschaft erheblich. Zum Beispiel eine
Veröffentlichung über die Entdeckung neuer Verbindungen in einem gut untersuchten Teil des Gehirns von Drosophila als Ergebnis der Rekonstruktion seines Konnektoms. Derzeit wird an der Derivatforschung gearbeitet: Wenn Sie beispielsweise ein Modell des Nematodennervensystems haben, erstellen Sie ein allgemeines Computermodell des Wurms selbst und simulieren dessen Verhalten. Das
OpenWorm- Projekt beschäftigt sich damit -
ein Artikel über Habr,
Neuigkeiten über Habr.
Aber zurück zu EyeWire. Neben der Arbeit von Wissenschaftlern mit Rohdaten, die mit einem Elektronenmikroskop gewonnen wurden, erstellen Freiwillige bei EyeWire tatsächlich eine Reihe verifizierter Daten. Der „Nebeneffekt“ der Erstellung eines solchen Satzes von Referenzdaten ist die Entdeckung neuer Zelltypen und -subtypen, auf die Wissenschaftler bisher noch nicht gestoßen sind. Menschliche Entscheidungen helfen auch in Fällen, in denen es unmöglich ist, den Verlauf der Zweige eines Neurons auf einem Schnitt aufgrund ihrer Überschneidung mit einem anderen Neuron zu unterscheiden. Eine einfache Verbindung nach bestimmten Zeichen, wie z. B. der Helligkeit, macht es nicht möglich zu verstehen, dass wir die Verzweigung des untersuchten Neurons oder eines Teils der Verzweigung eines anderen vor uns haben (
Beispiele auf der Website des Spiels). Neben Illustrationen, aus denen hervorgeht, warum es selbst für eine Person schwierig ist, Zellprozesse zu rekonstruieren, habe ich ein
Video mit dem Spielprozess vorbereitet. Das Video zeigt die Rekonstruktion mehrerer „Würfel“ mit Zellprozessen. Bei 1: 40-2: 20 ist einer der Defekte (kontrastfreier Schnittpunkt) sichtbar und der Prozess geht darüber hinaus weiter.
Die Daten, mit denen EyeWire derzeit arbeitet, sind in zwei große Teile unterteilt: Neuronen aus der
Netzhaut der Maus und komplexere Zellen aus dem
Gehirn des Zebrafischs.
Der erste Datensatz hat eine Größe von 16 Sektoren, jeweils 50x50 Mikrometer, die Anzahl der Zellen wird auf 2000 geschätzt. Die Arbeiten an dem Datensatz begannen im Januar 2016, im Dezember 2017 (dem 5. Jahrestag des Spiels) wurden die letzten Zellen aus dem 9. Sektor bereits im Mai 2019 untersucht - bereits im Mai 2019 Mitte 14 Sektoren. Gleichzeitig nehmen wir keine Gliazellen zum Aufbau - sie sind Hilfszellen und bilden (soweit ich weiß) keine Synapsen mit anderen Neuronen. Im Labor gibt es diejenigen, die bei der Organisation des Prozesses helfen (Spielemacher) und diejenigen, die mit bereits verarbeiteten Zellen und ihren Verbindungen arbeiten, und sie unter dem Gesichtspunkt moderner Ansichten über die Funktionalität und die Verbindungen dieses Teils des Gehirns betrachten.
In einem früheren Artikel habe ich Zoouniverse als Beispiel für eine Plattform erwähnt, auf der mit Hilfe von Amateuren recht wissenschaftliche Aufgaben in verschiedenen Richtungen gelöst werden. Eyewire weist eine Reihe von Unterschieden zu Zoouniverse-Skripten auf, für die es erforderlich war, eine eigene Engine zu schreiben, und warum die Community im Spiel nicht unbedingt mit anderen Projekten verbunden ist.
Die Simulation erfolgt in drei Dimensionen, das Neuronenbild ist vollständig dreidimensional.
Der Prozess beginnt damit, dass der Spielmacher einen zuvor nicht rekonstruierten Zellkern im Datensatz findet und die ersten Prozesse daraus entfernt. Anschließend gibt der Spielmacher einen Link zu diesem „Keim“ und fordert erfahrene Spieler auf, die Komplexität der Zelle (1 oder 2) zu bewerten. Irgendwann wird die Zelle der Öffentlichkeit zugänglich gemacht. Von diesem Moment an kann jeder Spieler im Spiel, der das Trainingsmaterial des entsprechenden Levels bestanden hat, daran arbeiten. In leichteren Zellen vom Typ 1, in denen Anfänger Zugriff haben, gilt der Würfel als abgeschlossen, wenn drei Rekonstruktionen vorhanden sind. Wenn mindestens eines der Rekonstruktionssegmente an der Würfelwand anliegt, sucht das Spiel nach einem benachbarten Abschnitt im Datensatz und ersetzt ihn für das weitere Spiel. Im Falle eines Meinungskonflikts wird das Spiel mit der Mehrheit gerechnet. Die Mehrheitsmeinung kann von Spielern mit Bearbeitungszugriff (die Möglichkeit wird von der Verwaltung mit mehrmonatiger Erfahrung und hochgenauen Parametern früherer Rekonstruktionen gegeben) und der Verwaltung selbst (Spielemacher) korrigiert werden. Spieler, die Zugriff auf die Bearbeitung haben, platzieren das Label "abgeschlossen" auf dem Würfel, während es aus dem Spiel ausfällt. Sobald die „fertigen“ Etiketten von zwei verschiedenen Spielern auf allen Würfeln platziert sind, nehmen die Spielehersteller die Zelle zur endgültigen Überprüfung. Im Labor haben sie eine Visualisierung aller rekonstruierten Zellen und der Verbindungen zwischen ihnen, wodurch wir Mängel und Problembereiche finden können.
Trotz der relativ geringen Anzahl aktiver Teilnehmer (100-200 Personen geben etwa 90% des Beitrags pro Monat) ist bereits klar, dass in diesem Datensatz sowohl das Spiel als auch die Untersuchung des Gehirns von Kleintieren mit seiner Hilfe nicht enden werden. Für erfahrene Spieler steht parallel ein Zebrafisch-Hirn-Datensatz zur Verfügung, und ein Team von Spieleherstellern und Entwicklern plant ein neues Projekt namens Neo, in dem Axone (und nicht wie derzeit Dendriten) untersucht werden. Die Vorschau des Spiels, das ich gesehen habe, hat mir nicht gefallen (es fühlte sich an, als würde ich mich auf Mittelschulkinder konzentrieren), aber ich werde mich darauf freuen, was daraus wird. Das Timing wurde, wie so oft, mehr als einmal verschoben.