Agydiagramok

A kutatási területnek azonnal új nevet adtak – a neurális hálózatok kapcsolódásaira utaló, pontos működésüket vizsgáló connectomics majdani eredményei különböző területeken hasznosíthatók. Elképzelhető például, hogy az agy „rossz huzalozása” a felelős az olyan rendellenességekért, mint az autizmus vagy a skizofrénia.

Miért énekel az énekesmadár?

Az MIT Howard Hughes Orvosi Intézetének idegtudósa, Sebastian Seung és kollégái által végzett kutatások kiindulópontja az a vitatható álláspont, mely szerint az agy lényegében egy önmagát huzalozó és folyamatosan újrahuzalozó számítógép.

„Ha elkészítjük a huzal-diagramot, jobban megérthetjük működését” – véli Seung. Egy korábbi kísérletre hivatkozik, annak az eredményein (is) szeretne továbbdolgozni: az énekesmadarak agyában az énekhangok generálásáért felelős rész sikeres azonosítása után, célszerű lenne a különleges képesség kialakulását biztosító jegyek együtteséről aprólékos szerkezeti diagramot készíteni.

Egyelőre azonban mindössze egyetlen állat, a 302 idegsejtből álló C. elegans féreg biológiai Nobel-díjat érő agytérképe készült el évtizedes munkát követően az 1970-es években.

Az énekesmadarak és az ember esetében, a teljességre törekedve, összehasonlíthatatlanul nagyobb mennyiségű neuront és szinapszist kellene feldolgozni. A Homo sapiens teljes agydiagramja a jelenlegi módszerekkel háromszázmilliárd év múlva készülne el...

Agytérképezés

Seung és társai nem gondolkoznak ennyire nagy volumenekben, „mindössze” egy-egy részt céloznak meg. Új képkészítő technikákat és a munkafolyamatot automatizáló gépitanulás-algoritmusokat fejlesztenek. Már készítettek részleges diagramot – a nyúlretináról. Viszont, ha nagyobb térképeket akarnak létrehozni (márpedig azokat akarnak), módszerüket egymilliószorosára kell felgyorsítaniuk.

Az eddigi vizsgálódások fontosabb anatómiai jellemzőkre, például egy-egy neuron mozgására, vagy az agy különböző részeinek kapcsolódására összpontosítottak. Az ideghálózatok működésének megértéséhez azonban teljesen újfajta, elektron mikroszkópot használó, jelentéktelennek látszó apróságokat is feltüntető térkép szükséges. Ha a kapcsolódásokat nem ismerjük elég részletesen, az információfeldolgozás mikéntje változatlanul rejtély marad.

Az MIT kutatók először – parányi agyszövet-csoportot tanulmányozva – idegrostokról készítettek keresztmetszeti ábrázolást, majd a műveletet megismételve, még kisebb, harminc nanométer vékony szeletet vettek mikroszkópcső alá. Szeletkéről szeletkére haladva térképezték fel a csoporthoz tartozó összes idegrostot. Mindezt sokmilliárdszor megismételve, egyszer talán, az igen-igen távoli jövőben az egész agyról képet alkothatnánk...

Szivárványszínű diagramok?

Seung szerint új technológiájuk drasztikusan felgyorsítja a folyamatot. A manuálisan létrehozott diagram adatait használva, mesterséges neurális hálózatuk fokozatosan megtanulja, hogyan kövesse nyomon az idegsejtek tevékenységét. Emulálja az emberi megfigyelő munkáját. A gépitanulás-algoritmusokkal pedig újabb és újabb agyszöveteket lehet majd elemezni. A kutató elmondása szerint jól haladnak: jelenleg majdnem ezerszer gyorsabban dolgoznak, mint korábban.

A térképek azonban így sem elég pontosak. A nyúlretináét például tíz a hatodikon-szorosára kellene finomítani...

Érdekesség, hogy a Harvardon, Jeff Lichtman és kollégái szintén agytérképeket készítenek. A száz különböző színnel azonosított neuronokat vizsgálják. Úgy gondolják, hogy az idegi tevékenység eltérő dimenzióira fókuszáló két megközelítés kiegészíti egymást.