Google membantu ilmuwan Harvard memetakan otak manusia

Hasilnya adalah peta digital, atau “jaringan saraf” otak manusia paling detail yang pernah dibuat.

Pada hari Kamis, Lichtman dan rekannya mengungkapkan hasil Atas usahanya di jurnal bergengsi Science, dan juga diterbitkan di Render internet Otak manusia tidak seperti sebelumnya. Itu dilengkapi dengan perangkat lunak yang memungkinkan pemirsa untuk bergerak melalui lanskap ruang mikroskopis dengan sangat detail sehingga Lichtman mau tidak mau menjadi puitis ketika membicarakannya.

“Ini adalah dunia yang aneh di dalam kepala Anda,” katanya. “Neuron-neuron itu sendiri sungguh luar biasa indahnya.”

Memang benar bahwa wawasan yang diperoleh dari sampel kecil belum mengungkap rahasia autisme, skizofrenia, atau depresi. Mereka belum bisa menjelaskan mekanisme pembelajaran, ingatan, dan kepribadian manusia pada tingkat sel. Namun hal ini merupakan langkah pertama yang penting menuju arah ini, dan memberikan gambaran sekilas tentang visi yang mungkin kita lihat dalam beberapa dekade mendatang.

Dalam lanskap yang kompleks ini terdapat struktur-struktur yang aneh, belum pernah dilihat sebelumnya, tanpa buku teks, termasuk, dalam kata-kata Lichtman, “sangat aneh.” Neuron yang menunjuk hanya pada satu arah, berhadapan langsung satu sama lain. Akson, kabel serat optik jarak jauh otak, membelok dari garis lurus ke garis ganjil “Pusaran” Yang bentuknya seperti sorban – lalu terurai dan kembali lurus. Tujuan dari Banyak dari anomali aneh ini masih menjadi bahan penelitian di masa depan.

Beberapa di antaranya telah menghasilkan teori-teori yang berpotensi mengubah paradigma yang mungkin mengungkap wawasan baru yang mendasar tentang cara kerja otak. Hal yang paling menarik, kata Lichtman, adalah penemuan jenis “superkoneksi” baru dan sangat langka yang menghubungkan individu. Neuron ke serabut aksonal yang membawa informasi dan bersinggungan dengan otak. Setiap superkoneksi memiliki kombinasi sekitar 50 atau lebih tonjolan yang biasanya hanya ada satu. Lichtman berhipotesis bahwa struktur ini dapat membantu menjelaskan bagaimana kebiasaan yang dipelajari, seperti berhenti di lampu merah tanpa berpikir, tetap terpatri dalam struktur fisik otak.

“Mungkin 99% hubungan antara akson dan sel-sel otak individu merupakan hubungan yang sangat lemah,” kata Lichtman. Namun “hubungan yang kuat itu begitu kuat sehingga informasi dapat mengalir dengan sangat efisien. Ini mungkin merupakan cara untuk menjelaskan fakta bahwa setelah Anda mempelajari sesuatu, Anda secara otomatis memiliki kemampuan untuk melakukannya.”

Studi baru ini merupakan bagian dari serangkaian proyek yang jauh lebih besar yang didanai oleh BRAIN Initiative, sebuah upaya ilmiah besar-besaran yang diluncurkan oleh pemerintahan Obama pada tahun 2013 untuk mengungkap wawasan mendasar tentang otak manusia.

“Ini masalah yang cukup besar,” kata Ed Lin, ahli saraf di Allen Institute for Brain Science di Seattle, yang tidak terlibat dalam penelitian ini. Pemetaan ini adalah “yang mengutamakan manusia”.

Len, yang membantu mengemudi Komponen lain dari inisiatif BRAIN, Dia mengatakan penelitian Lichtman dapat membantu mengubah pemahaman kita tentang otak manusia dan secara dramatis meningkatkan kemampuan kita dalam mengobati penyakit.

“Kami memiliki pemahaman yang sangat buruk tentang sirkuit ini,” katanya. “Bayangkan ponsel Anda rusak dan Anda tidak tahu apa-apa tentang komponen-komponen ponsel tersebut atau bagaimana komponen-komponen tersebut terhubung satu sama lain, dan Anda mencoba memperbaikinya , peluang kita untuk dapat memperbaikinya sangat kecil.

Proyek Lichtman awalnya didanai oleh hibah lima tahun senilai $7 juta dari National Institutes of Health, dan baru-baru ini menerima tambahan $30 juta. Lebih dari lima tahun program NIH yang relevan. Tujuan badan federal ini adalah untuk meningkatkan pemahaman kita tentang penyakit yang memengaruhi kognisi dan emosi.

Uang itu juga untuk membiayai yang lain Proyek terkaitdilengkapi dengan upaya kolaboratif gratis dari Google, yang menyediakan kekuatan komputasi dan tenaga teknis yang dibutuhkan untuk menjalankan proyek tersebut.

Setelah itu sampel otak manusia diwarnai, dipotong, dan difoto Di Lichtman laboratoriumInsinyur Google menerapkan pembelajaran mesin untuk menghubungkan kembali chip-chip tersebut dan menerapkan warna untuk membuat kabel terlihat dengan mata telanjang.

Cakupan tantangan untuk menciptakan kembali sampel 1 milimeter kubik tersebut Dari otak manusia Dalam bentuk digital, hal ini begitu besar sehingga upaya untuk melanjutkan pencitraan seluruh otak manusia harus menunggu. Gambar akurat dari Seluruh otak manusia ada di dalamnya Skala ini, kata Lichtman, kira-kira sama dengan jumlah data yang dihasilkan di seluruh dunia dalam satu tahun.

Itulah sebabnya upaya berikutnya akan lebih sederhana: Selama lima tahun ke depan, Lichtman dan kolaboratornya bertujuan untuk memotret bagian pertama berukuran 10 milimeter kubik. dari kami Otak tikus. Proyek ini merupakan bukti konsep dengan tujuan akhir: otak tikus yang lengkap, 50 kali lebih besar.

“Otak manusia akan menjadi faktor lain yang seribu kali lebih besar dibandingkan otak tikus,” kata Lichtman. “Kami tidak memiliki kemampuan untuk menyimpan informasi itu.”

Hasil yang diperoleh dari semua upaya ini pada akhirnya bisa sangat besar. Google dan pihak lain berharap dapat menggunakan hasilnya untuk meningkatkan kemampuan mereka dalam menciptakan algoritma kecerdasan buatan yang meniru model otak manusia.

Lichtman berharap dapat menjawab pertanyaan mendasar tentang pikiran manusia: Bagaimana representasi dunia dapat terpatri dalam kepala kita? Apa landasan material dari pengetahuan?

Proyek ini telah membawanya ke wilayah intelektual yang tidak pernah ia duga akan masuki. Dia menggambarkan pengalaman duduk di kantornya dengan alat “neuroglass” baru yang memungkinkan dia bermanuver melalui lanskap visual jaringan saraf sebagai “luar biasa”, “ajaib”, dan “seperti fantasi”. Dia ingin mengklik setiap sel satu per satu.

Menyebut nama Magellan, Amerigo Vespucci dan penjelajah terkenal lainnya, Lichtman memuji kegembiraan penemuan ini.

“Ini sangat mirip dengan penggunaan Teleskop Hubble atau Teleskop James Webb,” kata Lichtman. “Tapi ini bukan teleskop, ini mikroskop yang memungkinkan kita melihat ke dalam. Tentu saja ada banyak hal yang belum pernah kita lihat sebelumnya. Kami menjelajahi terra incognita.”

Adam Piore dapat dihubungi di [email protected].