Ein wegweisendes Projekt für das Gehirn: “Google Map” mit Hilfe von KI –

Stellen Sie sich vor, Sie sind auf einer sehr überfüllten Party und verzeichnen Sie alle Gespräche aus den “Brunnen” um Sie herum, ohne die Gesichter dieser Anwesenden zu sehen. Sie wissen also, was jede Person sagt, aber Sie wissen nicht, wer mit wem spricht. Stellen Sie sich jetzt vor, dass Sie auf derselben Party sind und die Möglichkeit haben, zu sehen, welche Leute miteinander plaudern, ohne zuzuhören, was sie sagen.

Wenn Sie nur eine dieser beiden Möglichkeiten haben, werden Sie als nächstes das Rätsel dessen komponieren können, wer und was genau diskutiert, werden Sie niemals ein vollständiges Verständnis dieser Kommunikation erreichen. Wenn Sie jedoch die beiden Möglichkeiten “heiraten”, können Sie den Rand des Threads (Kommunikation) finden.

Jetzt, anstelle der Gäste der Party, setzen die Gehirnneuronen, die auch “chatten”, tatsächlich ununterbrochen zusammen. Wenn man sie nur erfasst, ohne zu wissen, wie sie miteinander kommunizieren, werden sie niemals in der Lage sein, die Geheimnisse ihrer Kommunikation freizuschalten. Das gleiche wird passieren, wenn er nur weiß, wer nervös kommuniziert, mit wem, ohne den Inhalt ihrer “Diskussion” zu kennen. Auch hier ist die Kombinationskapazität der einzige “Pass”, der zur Zeit von “Euryka” führen kann.

Es wurde kürzlich von mehr als 150 Wissenschaftlern verschiedener Forschungszentren gelebt, die von Forschern von drei amerikanischen akademischen Institutionen – und insbesondere der Princeton University, dem Baylor Medical College und dem Allen Institute for Brain Science – geleitet wurden.

Laut und schwach

Eine Arbeit, die als “Meilenstein” bezeichnet wurde, da es sich um das Gehirn betrifft, ein Organ, das so komplexes Organ längst, das seit langem wissenschaftliche Gehirne dazu gebracht hat, ihren Kopf zu brechen, um seine Geheimnisse zu enthüllen. So komplex, dass ein einzelner kleiner Teil davon, der einem Sandkorn entspricht, aus Hunderttausenden von Zellen besteht, die durch eine Kabel, die ganze Kilometer abdeckt, miteinander “chatten”.

Es ist eine solche Komplexität des Gehirns, dass 1979 der Nobelpreisträger (um die DNA -Struktur zu entziffern) Franziskus Er hatte im wissenschaftlichen amerikanischen Magazin geschrieben, dass Anatomie und Aktivität in nur einem kubischen Millimeter Gehirnwäsche das Maß an menschlichem Wissen und Verständnis für immer übertreffen würden. “Es gibt keinen Sinn, um das Unmögliche zu bitten » Crick war abgeschlossen.

Und doch, Jahrzehnte später, im Jahr 2025, wurde das Unmögliche dank des Fortschritts von Wissenschaft und Technologie ermöglicht, aber hauptsächlich dank der Kraft des menschlichen (wissenschaftlichen) Gehirns, was genau das führte, was es fand, mit dem Wissen und den Medien der Mitte 1979.

Die Schaffung des ersten funktionellen Diagramms der Verkabelung eines solchen Abschnitts des Säugetierhirns, gleich einem Sandkorn, war natürlich eher eine Maus als ein menschliches Gehirn – wenn wir über Komplexität sprechen, ist eine solche Aufzeichnung der Struktur und Aktivität des menschlichen Gehirns immer noch ein menschliches Gehirn.

Unvollständige Daten

In jedem Fall ist das SO -genannte Machine -Intelligenz von Cortical Networks (Microns) eine großartige Leistung, die das bisherige bisher am besten im Säugetierhirn und in der Organisation ihres visuellen Systems bietet – weshalb es letzte Woche mit zehn Veröffentlichungen in der “Nature” -Familie geehrt wurde.

Beachten Sie, dass das Gehirnschaltplan und alle Daten, die es zusammensetzen, über den Mikromethersteller frei zugänglich ist. Und wir sprechen über zu viel – ungefähr 1,6 Petabyte (jede Petabyte entspricht 1.000 Terabyte oder 1.000.000.000.000.000 Bytes) oder, um uns gemeinsame Sterbliche zu verstehen, was einem HD -Video entspricht, das 22 Jahre ohne Unterbrechung spielt!

Aber mal sehen, wie diese Daten, wie oben erwähnt, von vielen Eltern geboren wurden. Anfänglich Wissenschaftler des Baylor Medical College (angeführt von zypriotischer Neurowissenschaftsprofessor Andrea Toliamit dem er versuchte, die Stufenwissenschaft ohne Ergebnisse zu kommunizieren) verwendete leistungsstarke Mikroskope, um die Gehirnaktivität in einem winzigen Abschnitt (Größe eines Kubikmillimeters) des visuellen Kortex aufzuzeichnen. Insbesondere haben die Forscher die Aktivität von etwa 80.000 Neuronen im Gehirn einer lebenden Maus aufgezeichnet, während sie … Filme und Videos auf YouTube steckte, um detaillierte Karten dieser Aktivität zu erstellen.

Forschungsrelais

Dann nahmen sie die Baton -Forscher des Allen Institute, die sich auf genau den gleichen Teil des visuellen Kortex des Maushirns konzentrierten und es in mehr als 25.000 “Scheiben” schnitten, von denen jedes 1/400 eines menschlichen Haares entsprach. Wissenschaftler verwendeten eine Reihe von Elektronenmikroskopen, um hochauflösende Bilder von jedem “Scheiben” des Gehirngewebes zu erhalten.

Wie er in Vima-Science o Dr. beschrieben hat Nuno da CostaEines der Leiter des Micron -Programms am Allen Institute, der die Anatomiegruppe leitet, “Und nur die Schaffung von Schnitten im Gehirngewebe dauerte 12 Nächte – wir haben kontinuierlich an Schichten gearbeitet, um sicherzustellen, dass es keinen Fehler gibt. Und weil der geringste Fehler bedeutet, dass wir nicht dem Weg der” Kabel “des Gehirns folgen konnten, dh die Achsen, die noch sechs Monate lang kilometern. Etwa 95 Millionen Bilder kamen. ”

Das Forschungsrelais wurde von Princeton -Forschern abgeschlossen, die mit der hilfreichen Hand der künstlichen Intelligenz (KI) 3D -Modelle von Zellen und deren Synaps erstellten. Der Leiter von Princetons Team, Professor für Informatik und Neurowissenschaften Sebastian Sung, Vima-Wissenschaft erklärt, dass das “Wir nutzten die Kraft von KI, um die komplexen Formen und Synapsen von Neuronen durch die Analyse von Millionen von Bildern zu identifizieren.

Dank des mechanischen Lernens automatisierten wir einen Großteil des Prozesses, was Jahrzehnte dauern würde, um von Menschen abzuschließen. Es ist bemerkenswert, dass ein Kubikmillimeter des Gehirngewebes, wie sich das elektronische Mikroskop widerspiegelt, über 1 Petabyte -Daten “erzeugt”. Kein Experte konnte jemals so detailliert aussehen – für Pixel zu Pixel – die Bilder ».

Produktive “Ehe”

Die “Ehe” dieser Illustrationen mit den Aufzeichnungen der Gehirnaktivität hat auch das bisher größte Diagramm der Gehirnverdrahtung und der detaillierteren funktionierenden Karte angeboten. Die Zahlen sprechen für sich: Drucken Sie die Struktur und Funktion von mehr als 200.000 Zellen, vier Kilometern Achsen (dies sind die “Zweige” jeder Nervenzelle, die sie dehnt, um mit anderen Zellen zu kommunizieren) sowie 523 Millionen Synapsen (Kontaktpunkte).

Aber was waren die wichtigsten Erkenntnisse dieser großen Anstrengung? Dr. Da Costa erklärte, dass neue Zelltypen, neue Zellmerkmale, neue Prinzipien für ihre Organisation und Funktionen enthüllt wurden.

“Eines unserer unerwartetsten Befunde betraf die inhibitorischen Zellen – Zellen, die die nervöse Aktivität unterdrücken. Wir haben durch frühere Experimente traditionell berücksichtigt, dass inhibitorische Zellen die Aktivität ihrer benachbarten Stimulanzien unterdrücken. Die neuen detaillierten Daten haben uns jedoch gezeigt, dass das, was wir für die Ausnahme und nicht die Regel sind.

Die Regel ist, dass die meisten inhibitorischen Zellen extrem selektiv sind-sie zielen abhängig von den Bedingungen neuronale Subcodes. Diese neue strukturierte Hemmung der neuronalen Funktion zeigt uns, dass das Gehirn seine eigenen, bisher unbekannten “Prinzipien” hat, die es folgen, um seine Aktivität auszugleichen, neue Denkwege zu eröffnen und zu erforschen, wie nervöse Schaltkreise organisiert und kontrolliert werden. ”

Nachfolgende Ziele

Der nächste Schritt für das Forschungsteam durch den Mund von Allens Wissenschaftler ist bereits durchgeführt. “Was das Maushirn betrifft, haben wir im Rahmen des NIH Brain Connect -Programms bereits einen Abschnitt einer Hemisphäre (Zentimeter) mit derselben Analyse vorgestellt, die wir innerhalb von Mikrometern erreicht haben. Unser nächstes Ziel der nächsten vier Jahre ist es, zu beweisen, dass der Prozess der Zuordnung des gesamten Maushirns möglich ist, um dann eine zweite Phase einer zweiten Phase dieser Forschung zu bewegen.”

Wenn all diese Bemühungen erfolgreich sind, ist der nächste Schritt die vollständige Kartierung der Struktur und Funktion der Neuronen des menschlichen Gehirns? “Ein verwandtes Programm für das menschliche Gehirn wird auch von NIH -Gehirnstücken unterstützt. Da die Größe des menschlichen Gehirns jedoch nichts mit der der Maus zu tun hat, ist es das unmittelbarste Ziel, die Morphologie einzelner Zellen und nicht die gesamte Struktur und Funktion seiner Verkabelung abzubilden.” Der Forscher antwortete.

Wissenschaftliche Ziele von endlosen – ebenso wie das Potenzial der Forschung. Aber ist die neue Ordnung der Dinge in den USA “die Flügel” des Programms “, da die Wissenschaft für die Trump -Regierung keine Priorität zu sein scheint? Dr. da Costa hielt es für wichtig, dies zu betonen “Public Funded Research ist eine der besten Investitionen der Gesellschaft für die Gesellschaft. Sie führt zu Innovationen, neuen Technologien und Behandlungen und schafft ein langfristiges Wirtschaftswachstum. Viele medizinische Entdeckungen basieren in einer Studie, die von den US -amerikanischen National Institutes of Health (NII) finanziert wird.

Wirtschaftswissenschaftler haben sogar geschätzt, dass jeder von NIS in der Umfrage investierte Dollar 2,4 US -Dollar bietet. In Bezug auf große Initiativen zur Kartierung des Gehirns sind sie wertvoll, da sie Forscher aus vielen Bereichen vereinen, um Probleme zu lösen, die kein Labor einzeln erreichen könnte. Es ist noch zu früh zu sagen, wie unsere Finanzierung beeinflusst wird, aber es ist klar, dass die anhaltende Investition in Wissenschaft eine Investition für Gesundheit und Wohlstand der gesamten Gesellschaft ist. “.

In unserem Fall kann die Investition in einen mikro (n) schopischen Teil des Gehirns einer Maus einen Tag für Millionen von Menschen den großen Unterschied machen. Und das ist die riesige Magie der Wissenschaft …

Besseres Verständnis und Behandlung von Krankheiten

Das viel bessere Verständnis der Struktur und Funktion des Gehirns, die sich durch eine detaillierte Kommunikationsanalyse zwischen seinen Neuronen widerspiegelt, eröffnet neue Wege für die Untersuchung von Verhalten, Gedächtnis, Intelligenz. Es wird jedoch erwartet, dass es viel mehr Licht auf Störungen wie Alzheimer -Krankheit, Parkinson -Krankheit, Autismus und Schizophrenie, bei denen die Kommunikation zwischen Neuronen beobachtet wird, abgibt.

“Wenn wir ein beschädigtes Radio haben, aber das Diagramm haben, das seine Schaltkreise erfasst, dann reparieren wir es viel häufiger”, sagte Dr. Dr. Da Costa: “Hirnkrankheiten sind das Ergebnis von Veränderungen in ihrer Struktur. Das Verständnis dieser Struktur liefert daher langfristig viele. Neue Wissen können zum Beispiel dazu beitragen, dass die Entwicklung von Arzneimitteln, die spezifische Arzneimittel-Arten, die zielgerichteten Nervenzellen unterliegen.”

Nach Angaben des Forschers kann sich “diese … Google Map jetzt erstellt und betrifft ein” Korn “des Gehirns als von unschätzbarem Wert, um die” Verkabelung “des gesunden Gehirns mit dem Modell einer Krankheit zu vergleichen.”