Desenho mural para a cidade de Cambridge, Massachusetts. Postado por Daniela Gamba.O jogo EyeWire, sobre o qual eu já escrevi um
artigo aqui, continua produzindo novo material. Os cientistas do laboratório de Sebastian Seung não confiam apenas no jogo e nos esforços de voluntários da ciência para avançar na pesquisa no campo da pesquisa do cérebro, mas certamente tem valor científico.
De acordo com as
estatísticas oficiais do jogo em 5 anos, 265 mil pessoas de 186 países se registraram (dados com base no perfil de jogadores e podem ser imprecisos). Foram analisados 10 milhões de “cubos” com processos celulares, modelos para aproximadamente 3.000 células. É muito ou pouco? Levou uma equipe de cientistas mais de 10 anos para descrever completamente 302 neurônios nematóides (C. elegans) e as conexões entre eles, o trabalho foi concluído em 1984. O
artigo afirma que, embora a ajuda do computador tenha sido usada, a maior parte do trabalho em 8000 fotos foi realizada pelos cientistas manualmente. O progresso não pára e hoje podemos "confiar" o processo de reconstrução de redes neurais em redes neurais de computadores, mas primeiro essas redes precisam ser ensinadas. Os problemas desse processo são
descritos , por exemplo, por outra equipe de cientistas que reconstrói os neurônios da Drosophila. Por outro lado, não se pode falar de uma descrição completa das conexões neurais (conectomos) em organismos mais complexos sem nenhuma melhoria radical na velocidade da modelagem. Em pequenos animais e aves, o sistema nervoso compreende de 10 a 500 milhões de neurônios, em geral - mais de um bilhão, em particular cerca de 86 bilhões de neurônios em humanos.
Apesar do fato de que as tentativas de descrever completamente os conectomos de animais inteiros ainda estão longe de serem bem-sucedidas, até as descobertas individuais enriquecem muito a ciência em rápido desenvolvimento. Por exemplo, uma
publicação sobre a descoberta de novos compostos em uma parte bem estudada do cérebro de Drosophila como resultado da reconstrução de seu conectoma. Também estão em andamento trabalhos de pesquisa derivada: por exemplo, tendo um modelo do sistema nervoso nemátodo, construa um modelo geral de computador do próprio verme, simulando seu comportamento. O projeto
OpenWorm está envolvido nisso -
um artigo sobre Habr,
notícias sobre Habr.
Mas voltando ao EyeWire. Juntamente com a maneira como os cientistas trabalham com dados brutos obtidos de um microscópio eletrônico, os voluntários da EyeWire criam um conjunto de dados verificados. O "efeito colateral" da criação de um conjunto de dados de referência é a descoberta de novos tipos e subtipos de células que os cientistas não encontraram anteriormente. As decisões humanas também ajudam nos casos em que é impossível distinguir o curso dos ramos de um neurônio em um corte devido à sua interseção com outro neurônio. Uma conexão simples de acordo com certos sinais, como brilho, não torna possível entender que temos diante de nós a ramificação do neurônio sob investigação ou parte de outra ramificação (
exemplos no site do jogo). Além das ilustrações, das quais fica claro por que é difícil até mesmo para uma pessoa reconstruir os processos celulares, preparei um
vídeo com o processo do jogo. O vídeo registra a reconstrução de vários “cubos” com processos celulares, e em 1: 40-2: 20 um dos defeitos (interseção sem contraste) é visível e o processo continua além dele.
Os dados com os quais a EyeWire está trabalhando atualmente são divididos em duas partes grandes: neurônios da
retina do
mouse e células mais complexas do
cérebro do peixe
- zebra.
O primeiro conjunto de dados tem um tamanho de 16 setores, cada um 50x50 mícrons, o número de células é estimado em 2000. O trabalho no conjunto de dados começou em janeiro de 2016, em dezembro de 2017 (5º aniversário do jogo), as últimas células do 9º setor foram investigadas, em maio de 2019 - já 14 setores. Ao mesmo tempo, não precisamos construir células gliais - elas são auxiliares e (tanto quanto eu sei) não formam sinapses com outros neurônios. No laboratório, existem aqueles que ajudam na organização do processo (criadores de jogos) e aqueles que trabalham com células já processadas e suas conexões, considerando-os do ponto de vista das visões modernas sobre a funcionalidade e as conexões dessa parte do cérebro.
Em um artigo anterior, mencionei o Zoouniverse como um exemplo de plataforma em que, com a ajuda de amadores, são resolvidas tarefas bastante científicas de várias direções. A Eyewire tem várias diferenças em relação aos scripts do Zoouniverse, para os quais foi necessário escrever seu próprio mecanismo e por que a comunidade do jogo não está necessariamente conectada a outros projetos.
A simulação ocorre em três dimensões, a imagem do neurônio é completamente tridimensional.
O processo começa com o criador do jogo, encontrando um núcleo celular anteriormente não reconstruído no conjunto de dados e removendo os primeiros processos dele. Em seguida, o criador de link fornece um link para esse "germe" e pede a jogadores experientes que avaliem a complexidade da célula (1 ou 2). Em algum momento, a célula é levada ao público, a partir desse momento, qualquer jogador do jogo que tenha passado o material de treinamento do nível apropriado pode trabalhar nela. Nas células mais leves do tipo 1, onde os iniciantes têm acesso, o cubo é considerado concluído se houver três reconstruções e, se pelo menos um dos segmentos de reconstrução colidir com a parede do cubo, o jogo procurará uma seção vizinha no conjunto de dados e a substituirá para reprodução posterior. Em caso de conflito de opinião, o jogo contará com a maioria. A opinião da maioria pode ser corrigida por jogadores com acesso de edição (a oportunidade é dada pela administração com vários meses de experiência e parâmetros de alta precisão de reconstruções anteriores) e pela própria administração (criadores de jogos). Além disso, os jogadores com acesso para editar colocam o rótulo "concluído" no cubo, enquanto ele sai da jogabilidade. Assim que os rótulos "concluídos" de dois jogadores diferentes são colocados em todos os cubos, os criadores do jogo levam a célula para a verificação final. No laboratório, eles têm uma visualização de todas as células reconstruídas e as conexões entre elas, o que nos permite encontrar deficiências e áreas problemáticas.
Apesar do número relativamente pequeno de participantes ativos (100-200 pessoas contribuem com cerca de 90% da contribuição por mês), já está claro que, neste conjunto de dados, o jogo e o estudo do cérebro de pequenos animais com sua ajuda não terminarão. Para jogadores experientes, um conjunto de dados do cérebro de peixe-zebra está disponível em paralelo, e uma equipe de criadores de jogos e desenvolvedores está planejando um novo projeto chamado Neo, que estudará axônios (em vez de dendritos, como é agora). Não gostei da prévia do jogo que vi (era como focar em crianças em idade escolar), mas esperarei ansiosamente o que acontecerá com ele. O tempo, como costuma acontecer, foi adiado mais de uma vez.