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熊伟教授:质谱技术让神经化学进入单细胞时代

2019-08-21 05:38 来源:爱丽婚嫁网

  熊伟教授:质谱技术让神经化学进入单细胞时代

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  熊伟教授:质谱技术让神经化学进入单细胞时代

 
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熊伟教授:质谱技术让神经化学进入单细胞时代

突出高端示范强引领。


来源:好奇心日报

游戏真正的目的其实在于利用人们搭建的高质量神经元结构,训练电脑更加精确地完成这项工作。

左兰·波波维奇(Zoran Popovi)精通电子游戏。他是华盛顿大学(University of Washington)一位计算机科学教授,研究的课题是软件算法。这些软件算法能够让游戏里计算机控制的角色看起来非常逼真,就像科幻射击游戏《命运》(Destiny)一样。

这些游戏都是为了刺激玩家的肾上腺素而制作的消遣娱乐品,而波波维奇博士的最新作品则有所不同,它要求玩家用电脑鼠标描绘模糊图像上的线条,节奏缓慢,音乐梦幻,听上去就像是新世纪书店里放的那种背景音乐。

这款游戏的意义是什么呢?答案是为了推动神经科学发展。

自11月以来,已经有成千上万人玩过这款名叫《Mozak》的游戏了。这款游戏选用了常见的玩法设定(积分、升级、公开玩家表现的排行榜),让玩家来制作神经元3D模型。

《Mozak》玩家绘制的神经元3D模型精确度比传统计算机建模工具绘制的更高。图片版权:Stuart Isett/纽约时报

波波维奇博士领导的华盛顿大学游戏科学中心(Center for Game Science)与艾伦脑科学研究所(Allen Institute for Brain Science)合作开发了这款游戏,想要帮助人们更好地理解大脑。艾伦脑科学研究所是亿万富翁、微软联合创始人保罗·艾伦(Paul Allen)资助的一家非盈利研究机构。波波维奇博士此前曾因为一款名叫《Foldit》的游戏在科学界引起了广泛关注。这是一款近十年前发布的游戏,磨练玩家解决有关蛋白质结构的谜题的能力。

艾伦脑科学研究所想要记录神经元的结构,以便未来帮助研究人员理解阿尔茨海默症(Alzheimer’s)和帕金森症(Parkinson’s)等神经退行性疾病的根源,探索根治这些疾病的方式。神经元是一种通过神经系统传递信息的细胞,它的形状非常复杂,数量多得惊人——鼠脑有1 亿神经元,人脑更是有870亿神经元,玩家可以在《Mozak》里描绘所有这些鼠脑和人脑的神经元结构。

这远比艾伦脑科学研究所等地的专业神经元研究人员有望记录的神经元结构要多得多。而通过《Mozak》这样的游戏召集不具备专业知识的玩家来绘制神经元结构,恰好能帮助专业研究人员完成这一任务。不过,这个游戏真正的目的其实在于利用人们(越多越好)搭建的高质量神经元结构,训练电脑更加精确地完成这项工作。

《Mozak》游戏场景。

“如果我们能收集几千个这种神经元模型,那么计算机就有可能更好地完成这些工作,”波波维奇博士说,“你可以把这看作一种共生关系:电脑学习人类,然后比人类做得更好。”

艾伦脑科学研究所形态学高级管理人员斯塔奇·索伦森(Staci Sorensen)表示,原本一支专业研究人员组成的团队一周能独立搭建2.33个神经元结构;而现在在《Mozak》的帮助下,艾伦脑科学研究所一周能搭建8.3个神经元结构。这其中既有玩家的功劳,也表明艾伦脑科学研究所专家们现在使用的内部版《Mozak》工作效率很高。

现在每天都有大约200人在玩《Mozak》。玩家越多,能够搭建的神经元结构就越多。

“我希望,最终我们搭建神经元结构的速度能成十倍地增长,”艾伦脑科学研究所所长、首席科学家克里斯托弗·科克(Christof Koch)说,“有多少人愿意来玩这个游戏?是只会有 20 个古怪的人,还是会有成千上万的玩家?”

如今,利用大众智慧解决复杂问题、鼓励公众参与科学的公民科学计划越来越多,《Mozak》正是其中最新的一项。有的公民科学计划请普罗大众统计鸟类的数量,帮助科学家理解气候变化的影响。一项名为“星系动物园”(Galaxy Zoo)的活动则邀请民众为天文望远镜中看到的星系的形状进行分类。

2015年,为了提高人们对公民科学计划的认识,奥巴马政府曾在白宫举行过一场座谈会,还推出了一个网站登记记录公民科学计划。波波维奇博士此前推出的《Foldit》利用游戏机制,在整个项目的生命周期中吸引了近100万玩家,是最成功的公民科学计划之一。自那以后,科学家们又陆续推出了一些类似的游戏,比如《EyeWire》就是一款请玩家绘制视网膜神经元网络图,帮助解开有关视力的种种谜团的游戏。

左兰·波波维奇在他位于西雅图华盛顿大学的实验室里。图片版权:Stuart Isett/纽约时报

《Mozak》的灵感来自简·罗斯凯姆斯(Jane Roskams)。罗斯凯姆斯是英属哥伦比亚大学(University of British Columbia)的一位神经科学教授,曾在艾伦脑科学研究所担任过战略与合作执行理事。几年前,她参加过白宫一场有关大脑科学计划的研讨会。她和波波维奇教授在西雅图见了一面,随后他们就申请了美国国家科学基金会提供的一笔资金,并利用这笔资金开发了这款游戏。

“有些时候,很明显我们能让更广大的公众参与进来,帮助解决一些这类大数据问题,”罗斯凯姆斯说,“大多数时候,专家认为他们需要请专家来解决问题。”

《Mozak》里并没有《糖果传奇》(Candy Crush)中那些漂亮的图形和糖果宝石匹配消除的设定。这款游戏的名字“Mozak”在波波维奇博士的母语塞尔维亚-克罗地亚语中意为“大脑”,它向玩家呈现的是艾伦脑科学研究所在实验室里用功能强大的显微镜捕捉的鼠类和人类神经元。

图像中的神经元上可以看到从细胞体上伸出的树突和轴突,看上去就像是朝着各个方向尽力张开几十条腿的蜘蛛。图像比较模糊,还有头皮屑似的不属于神经元任何一部分的白点浮在周围。目前,计算机并不擅长在所有这些干扰下搭建3D模型。

但是,只要专心、有耐心,人类就能很好地做到这点。《Mozak》玩家绘制神经元结构累积积分,画完一个神经元结构后再画下一个新的神经元。如果许多人勾勒出了相同的 3D 模型,那么很有可能他们勾勒出的模型就是正确的。

鲍勃·邦迪(Bob Bondi)是俄勒冈州本德(Bend, Ore.)一位已经退休了的软件开发人员。刚开始玩《Mozak》的时候,他一天要在这游戏上花十个小时,现在他的游戏时间已经渐渐减少到了约三小时。邦迪很喜欢这个通过玩游戏为科学做贡献的理念。(认真参与的玩家作品能够得分。)

《Mozak》有一个聊天室,玩家可以在里面问候彼此。研究人员也会时不时插几句建议。邦迪说,《Mozak》也让他感到很放松。

“如果我熬了个夜但我不想听电视机叨叨,那我就会玩《Mozak》,让我的眼睛疲惫下来准备睡觉,”他说,“从某种程度上来说,这可以算是一种冥想。”

翻译 熊猫译社 钱功毅

[责任编辑:赵建波 PG001]

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