Croquis mural pour la ville de Cambridge, Massachusetts. Publié par Daniela Gamba.Le jeu EyeWire, sur lequel j'ai déjà écrit un
article ici, continue de produire de nouveaux éléments. Les scientifiques du laboratoire de Sebastian Seung ne comptent pas uniquement sur le jeu et uniquement sur les efforts de volontaires scientifiques pour faire avancer la recherche dans le domaine de la recherche sur le cerveau, mais il a certainement une valeur scientifique.
Selon les
statistiques officielles du jeu sur 5 ans, 265 000 personnes de 186 pays se sont inscrites (données basées sur les profils des joueurs et pouvant être inexactes). 10 millions de «cubes» avec processus cellulaires ont été analysés, des modèles pour environ 3 000 cellules ont été achevés. Est-ce beaucoup ou peu? Il a fallu plus de 10 ans à une équipe de scientifiques pour décrire pleinement 302 neurones à nématodes (C. elegans) et les liens entre eux, le travail a été achevé en 1984. L'
article indique que bien que l'aide informatique ait été utilisée, la plupart des travaux sur 8000 clichés ont été effectués manuellement par des scientifiques. Le progrès ne s'arrête pas et nous pouvons aujourd'hui «confier» le processus de reconstruction des réseaux de neurones à des réseaux de neurones informatiques, mais ces réseaux doivent d'abord être enseignés. Les problèmes de ce processus sont
décrits , par exemple, par une autre équipe de scientifiques reconstruisant les neurones de la drosophile. D'un autre côté, on ne peut pas parler d'une description complète des connexions neuronales (connectomes) dans des organismes plus complexes sans amélioration radicale de la vitesse de modélisation. Chez les petits animaux et les oiseaux, le système nerveux comprend de 10 à 500 millions de neurones, en gros - plus d'un milliard, en particulier environ 86 milliards de neurones chez l'homme.
Malgré le fait que les tentatives de décrire pleinement les connectomes d'animaux entiers soient encore loin d'être couronnées de succès, même les découvertes individuelles enrichissent considérablement la science en développement rapide. Par exemple, une
publication sur la découverte de nouveaux composés dans une partie bien étudiée du cerveau de la drosophile à la suite de la reconstruction de son connectome. Des travaux sont également en cours sur la recherche dérivée: par exemple, disposer d'un modèle du système nerveux des nématodes, construire un modèle informatique général du ver lui-même, simulant son comportement. Le projet
OpenWorm s'y est engagé -
un article sur Habr, des
nouvelles sur Habr.
Mais revenons à EyeWire. Parallèlement à la façon dont les scientifiques travaillent avec les données brutes obtenues au microscope électronique, les bénévoles d'EyeWire créent en fait un ensemble de données vérifiées. L '«effet secondaire» de la création d'un tel ensemble de données de référence est la découverte de nouveaux types et sous-types de cellules que les scientifiques n'ont jamais rencontrés auparavant. Les décisions humaines aident également dans les cas où il est impossible de distinguer le cours des branches d'un neurone sur une coupure en raison de leur intersection avec un autre neurone. Une simple connexion selon certains signes, comme la luminosité, ne permet pas de comprendre que nous avons devant nous la ramification du neurone à l'étude ou une partie de la branche d'un autre (
exemples sur le site du jeu). En plus des illustrations, à partir desquelles il devient clair pourquoi il est difficile même pour une personne de reconstruire des processus cellulaires, j'ai préparé une
vidéo avec le processus de jeu. La vidéo montre la reconstruction de plusieurs «cubes» avec des processus cellulaires, et à 1: 40-2: 20 l'un des défauts (intersection sans contraste) est visible et le processus se poursuit au-delà.
Les données avec lesquelles EyeWire travaille actuellement sont divisées en 2 grandes parties: les neurones de
la rétine de
souris et les cellules plus complexes du
cerveau du poisson zèbre.
Le premier jeu de données a une taille de 16 secteurs, chaque 50x50 microns, le nombre de cellules est estimé en 2000. Les travaux sur le jeu de données ont commencé en janvier 2016, en décembre 2017 (le 5e anniversaire du jeu), les dernières cellules du 9e secteur ont été étudiées, en mai 2019 - déjà milieu 14 secteurs. En même temps, nous ne prenons pas de cellules gliales pour les construire - elles sont auxiliaires et (pour autant que je sache) ne forment pas de synapses avec d'autres neurones. Dans le laboratoire, il y a ceux qui aident à l'organisation du processus (fabricants de jeux) et ceux qui travaillent avec des cellules déjà traitées et leurs connexions, en les considérant du point de vue des vues modernes sur la fonctionnalité et les connexions de cette partie du cerveau.
Dans un article précédent, j'ai mentionné Zoouniverse comme un exemple de plate-forme où, avec l'aide d'amateurs, des tâches assez scientifiques de différentes directions sont résolues. Eyewire a un certain nombre de différences par rapport aux scripts Zoouniverse, pour lesquels il a fallu écrire votre propre moteur et pourquoi la communauté dans le jeu n'est pas nécessairement liée à d'autres projets.
La simulation se déroule en trois dimensions, l'image des neurones est complètement tridimensionnelle.
Le processus commence par le joueur de jeu trouvant un noyau cellulaire non reconstruit dans l'ensemble de données et en supprimant les premiers processus. Ensuite, le joueur de jeu donne un lien vers ce «germe» et demande aux joueurs expérimentés d'évaluer la complexité de la cellule (1 ou 2). À un moment donné, la cellule est rendue publique, à partir de ce moment, tout joueur du jeu qui a réussi le matériel de formation du niveau approprié peut y travailler. Dans les cellules plus légères de type 1, où les débutants ont accès, le cube est considéré comme terminé s'il y a trois reconstructions, et si au moins l'un des segments de reconstruction vient en butée contre le mur du cube, le jeu recherche une section voisine dans le jeu de données et la substitue pour un jeu ultérieur. En cas de conflit d'opinion, le jeu comptera avec la majorité. L'opinion majoritaire peut être corrigée par les joueurs disposant d'un accès en édition (l'opportunité est donnée par l'administration avec plusieurs mois d'expérience et les paramètres de haute précision des reconstructions précédentes) et l'administration elle-même (game makers). De plus, les joueurs ayant le droit de modifier placent l'étiquette «terminé» sur le cube, pendant qu'il quitte le gameplay. Dès que les étiquettes «complétées» de deux joueurs différents sont placées sur tous les cubes, les fabricants de jeux prennent la cellule pour le contrôle final. En laboratoire, ils ont une visualisation de toutes les cellules reconstruites et des connexions entre elles, ce qui nous permet de trouver les lacunes et les zones à problèmes.
Malgré le nombre relativement faible de participants actifs (100-200 personnes donnent environ 90% de la contribution par mois), il est déjà clair que sur ce jeu de données, le jeu et l'étude du cerveau des petits animaux avec son aide ne s'arrêteront pas. Pour les joueurs expérimentés, un ensemble de données sur le cerveau du poisson zèbre est disponible en parallèle, et une équipe de créateurs de jeux et de développeurs prévoit un nouveau projet appelé Neo, qui étudiera les axones (plutôt que les dendrites, comme c'est le cas actuellement). Je n'aimais pas l'aperçu du jeu que j'ai vu (j'avais l'impression de me concentrer sur les enfants en âge de fréquenter l'école secondaire), mais j'attends avec impatience ce qui en sortira. Le chronométrage, comme cela arrive souvent, a été reporté plus d'une fois.