Mozak, новая игра, разработанная Центром игровых наук Вашингтонского университета в партнерстве с Институтом исследований мозга Аллена, позволяет гражданским ученым производить полные трехмерные реконструкции нейронов из различных областей мозга животных и людей. Выявление различных форм нервных клеток — это первый фундаментальный шаг в анализе того, как они собираются в огромные цепи, составляющие наш мозг.С момента запуска Mozak в ноябре начинающие игроки, которых насчитывается около 200 в день, и нейробиологи Института Аллена смогли реконструировать нейроны в 3,6 раза быстрее, чем предыдущие методы. Игра предоставляет основу для значительного увеличения числа людей, которые могут решить эту ключевую задачу нейробиологии.
Игроки также превзошли компьютеры в отслеживании сложных форм нейронов. При минимальном надзоре они могут производить реконструкции с завершенностью на 70–90 процентов по сравнению с примерно 10–20 процентами для наиболее эффективных компьютерных реконструкций.Подход аналогичен Foldit, игре с головоломками, разработанной той же командой UW, которая нанимает компьютерных геймеров, чтобы предсказать, как будут складываться белки.«Новые технологии позволили нам создавать трехмерные изображения отдельных нейронов, но наша способность каталогизировать эти клетки мозга, отображать их структуру и понимать взаимосвязи между ними шокирующе медленна», — сказал директор Центра игровых наук Зоран Попович. профессор Школы компьютерных наук Пола Г. Аллена Инженерное дело. «Существует большое узкое место в обработке и анализе поступающих данных, и именно здесь сообщество Mozak оказывает большое влияние».
Mozak также позволил исследователям Института Аллена отказаться от инструментов, требующих сложной подготовки и обширного вклада экспертов, без ущерба для качества.«Мозак — это прекрасная возможность для нас работать с гражданскими нейробиологами, чтобы ответить на вопросы о разнообразии типов клеток, существующих в мозге, и помочь нам достичь наших научных целей намного быстрее», — сказала Стейси Соренсен, исследователь морфологии из Института Аллена. Наука о мозге. «Это действительно интересно, что обычных людей в мире можно за короткий период времени научить реконструировать нейроны на том же уровне, что и экспертов, которые занимались этим долгое время».Новые игроки также могут получать обратную связь в режиме реального времени от опытных нейробиологов — уникальная функция, которая позволяет игрокам Mozak гораздо быстрее приобретать знания мирового уровня.
Mozak также требует общего консенсуса между несколькими игроками относительно формы нейрона, что обеспечивает беспрецедентный уровень точности. Предоставляя реконструкции, которые подтверждены не только одним или двумя учеными, но и группой обученных игроков, работающих независимо, Мозак, по сути, может предоставить нейробиологии первые проверенные реконструкции, соответствующие золотому стандарту.По словам нейробиолога Джейн Роскамс, которая входила в консультативную рабочую группу BRAIN, на создание Mozak частично повлияла растущая потребность в анализе данных, генерируемых глобальными проектами, такими как инициатива BRAIN. «Мы до сих пор не знаем ответа на простые вопросы — например, сколько разных типов нейронов существует в одном мозге, — но понимание их физической формы является важной частью этого.
Картирование и анализ нейронов поможет нам понять, как их "структура связана с функцией мозга, как в здоровом мозге, так и в качестве признака болезни", — сказал Роскамс.Мозак показывает игрокам увеличенное объемное изображение нейрона — ключевого типа клетки мозга, которая передает информацию по нервной системе — и просит зрителя отследить или нарисовать его видимые ветви, которые также могут отображаться в виде отдельных точек в более сложных областях. данных.По словам исследователей, многие нейроны имеют тонкие и сильно разветвленные структуры, которые человеческий глаз может различать гораздо лучше, чем одни только компьютеры. Люди также, как правило, намного лучше выводят вероятную детальную структуру из слабых, а иногда и прерывистых данных.
Тем не менее, компьютеры лучше справляются с утомительными задачами, на которые у людей может уйти много времени, и быстрее восстанавливают их на основе четких и непрерывных данных. Mozak объединяет людей и вычислительную технику по-новому, чтобы вместе решить эту огромную проблему.«Это не история о том, как люди побеждают компьютеры, потому что люди используют подмножества этих вычислительных инструментов», — сказал Попович. «Речь идет об использовании того, что компьютеры могут делать хорошо, и того, что люди делают действительно хорошо, когда они обучены, формируя симбиотическую сверхдержаву, способную решать нерешенные задачи в науке».По словам Стивена Смита, старшего исследователя Института мозговых исследований Аллена, до недавнего времени в лабораториях нейробиологии удавалось отслеживать примерно один нейрон в неделю.
По словам Смита, Mozak может значительно ускорить этот прогресс, но полное понимание нейронных сетей потребует отслеживания многих тысяч нейронов.В будущем игроки Mozak могут предоставлять данные, которые позволят инструментам искусственного интеллекта и компьютерного зрения стать умнее и эффективнее при реконструкции нейронов в гораздо большем масштабе.
«Чтобы добиться желаемого прогресса в понимании функционирования человеческого мозга, нам в конечном итоге потребуется полностью автоматизировать эту задачу», — сказал Смит. «Но для дальнейшего развития наших инструментов искусственного интеллекта и компьютерного зрения нам нужно огромное количество отслеживаемых и аннотированных данных, которые будут производить ученые-граждане Мозака. Они предоставят основную истину».
Исследователи говорят, что, судя по продуктивности нового опыта Mozak, это произойдет гораздо раньше, чем предполагалось.Дополнительная информация: https://www.mozak.science/landing