Google pomáhá vědcům z Harvardu zmapovat lidský mozek

Výsledkem je nejpodrobnější digitální mapa neboli „neuronová síť“ lidského mozku, jaká kdy byla vytvořena.

Ve čtvrtek Lichtman a jeho partneři prozradili Výsledek Za jejich úsilí v prestižním časopise Science a také publikované v Internetové vykreslování Z lidského mozku jako nikdy předtím. Došlo k němu kompletní se softwarem, který divákům umožňoval pohybovat se mikroskopickou vesmírnou krajinou tak detailní, že Lichtman nemohl zůstat poetický, když o tom mluvil.

„V tvé hlavě je to zvláštní svět,“ řekl. „Samotné neurony jsou opravdu úžasně krásné.“

Je pravda, že poznatky získané z malého vzorku dosud neodhalily tajemství autismu, schizofrenie nebo deprese. Nedokážou zatím vysvětlit mechanismy lidského učení, paměti a osobnosti na buněčné úrovni. Představuje však důležitý první krok tímto směrem a poskytuje vzrušující pohled na typ vizí, které bychom mohli vidět v nadcházejících desetiletích.

V této složité krajině jsou podivné, dosud neviděné, učebnicové struktury, včetně, řečeno Lichtmanovými slovy, „fantasticky zvláštní“. Neurony, které směřují pouze jedním směrem, přímo proti sobě. Axony, mozkové optické kabely s dlouhým dosahem, přecházejí z přímých na liché čáry „víry“ Které vypadají jako turbany – pak se rozpletou a vrátí se k rovným liniím. Účel Mnohé z těchto podivných anomálií zůstávají předmětem budoucího studia.

Někteří již vytvářejí potenciální teorie změny paradigmatu, které mohou odhalit zásadní nové poznatky o tom, jak mozek funguje. Vrcholem, řekl Lichtman, je objev toho, co se zdá být novým a extrémně vzácným typem „superspojení“, které spojuje jednotlivce. Neurony až axonální vlákna, která přenášejí informace a která se protínají s mozkem. Každé superspojení má kombinaci asi 50 výstupků, kde je obvykle jen jeden. Lichtman předpokládá, že tyto struktury mohou pomoci vysvětlit, jak jsou naučené návyky, jako je zastavení na červenou bez přemýšlení, vryty do fyzické struktury mozku.

„Pravděpodobně 99% spojení mezi axony a jednotlivými mozkovými buňkami jsou tato velmi slabá spojení,“ říká Lichtman. Ale „tato silná spojení jsou tak silná, že informace mohou proudit velmi efektivně. To by mohl být způsob, jak vysvětlit skutečnost, že poté, co se něco naučíte, máte automatickou schopnost to udělat.

Nová studie je součástí mnohem větší série projektů financovaných iniciativou BRAIN, masivního vědeckého úsilí zahájeného Obamovou administrativou v roce 2013 s cílem odhalit základní poznatky o lidském mozku.

„Je to docela velký problém,“ řekl Ed Lin, neurolog z Allenova institutu pro vědu o mozku v Seattlu, který se na studii nepodílel. Mapování je „nejprve člověk“.

Len, který pomáhá řídit Další součást iniciativy BRAIN, Řekl, že Lichtmanova práce by mohla pomoci změnit naše chápání lidského mozku a dramaticky zlepšit naši schopnost léčit nemoci.

„Těmto obvodům velmi špatně rozumíme,“ řekl. „Představte si, že se vám porouchal mobilní telefon a nevíte nic o součástech mobilního telefonu nebo o tom, jak jsou spolu propojeny, a snažíte se to opravit, pokud vůbec nerozumíme tomu, jak spolu věci souvisí , naše šance, že to dokážeme opravit, jsou mizivé.

Lichtmanův projekt byl původně financován z části pětiletého grantu ve výši 7 milionů dolarů od National Institutes of Health a nedávno získal dalších 30 milionů dolarů. Více než pět let příslušného programu NIH. Cílem federální agentury je zlepšit naše chápání nemocí, které ovlivňují kognici a emoce.

Peníze financují i ​​další Související projektyje doplněna o pro bono společné úsilí společnosti Google, která poskytla výpočetní výkon a inženýrskou práci potřebnou k provozování projektu.

Poté, co byl vzorek lidského mozku obarven, rozřezán a vyfotografován V Lichtmanovi laboratořInženýři Google použili strojové učení, aby tyto čipy spojili zpět a použili barvy, aby byly dráty viditelné pouhým okem.

Rozsah výzvy znovu vytvořit vzorek o objemu 1 krychlový milimetr Z lidského mozku V digitální podobě to bylo tak skvělé, že snaha pokračovat v zobrazování celého lidského mozku musela počkat. Přesný obrázek Je tam celý lidský mozek Toto měřítko, říká Lichtman, by se zhruba rovnalo množství dat vyprodukovaných na celém světě za jeden rok.

Proto bude další úsilí skromnější: Během příštích pěti let se Lichtman a jeho spolupracovníci zaměří na fotografování prvních 10 kubických milimetrů. od nás Myší mozek. Projekt je důkazem konceptu s konečným cílem: úplný myší mozek, 50krát větší.

„Lidský mozek bude dalším faktorem tisíckrát větším než mozek myší,“ říká Lichtman. „Nemáme možnost tyto informace ukládat.“

Zisky ze všech těchto snah mohou být nakonec obrovské. Google a další očekávají, že výsledky využijí ke zlepšení své schopnosti vymýšlet algoritmy umělé inteligence modelované podle lidského mozku.

Lichtman doufá, že odpoví na základní otázky o lidské mysli: Jak se mohou reprezentace světa vtisknout do našich hlav? Jaké jsou materiální základy vědění?

Projekt ho již zavedl na intelektuální území, kam nikdy nečekal, že vstoupí. Zážitek ze sezení ve své kanceláři s novým nástrojem „neuroglass“, který mu umožnil manévrovat vizuální krajinou neuronové sítě, popisuje jako „úžasný“, „magický“ a „jako fantazie“. Chtěl kliknout na každou buňku jednotlivě.

Lichtman se dovolával jmen Magellana, Ameriga Vespucciho a dalších slavných průzkumníků a chválil vzrušení z objevu.

„Je to velmi podobné použití Hubbleova dalekohledu nebo dalekohledu Jamese Webba,“ říká Lichtman. „Ale není to dalekohled, je to mikroskop, který nám umožňuje nahlédnout dovnitř. Určitě jsou tam všechny druhy věcí, které jsme nikdy předtím neviděli. Zkoumáme terra incognita.“

Adam Piore je k dispozici na adrese adam.piore@globe.com.