�ݺ�ߣ

Editor's Notes

• #3: https://inallthings.org/welcome-to-the-century-of-neuroscience-the-century-of-the-brain-part-i-the-working-assumption-of-modern-neuroscience/ Καλημέρα κι από εμάς, ας ξεκινήσουμε λέγοντας ότι ο αιώνας που διανύουμε χαρακτηρίζεται ως ο αιώνας των νευροεπιστημών. Χάρη στην τεχνολογική ανάπτυξη έχουμε τα μέσα να χαρτογραφήσουμε δειλά δειλά τον εγκέφαλο, προσπαθώντας να κατανοήσουμε τη λειτουργία του. Έτσι, μπορεί να οδηγηθούμε σε ιατρικές ανακαλύψεις και κατ΄επέκταση σε ιατρικές εφαρμογές, όπως η θεραπεία ασθενειών του ΝΣ Επιπλέον, ίσως μπορέσουμε να δώσουμε μια απάντηση σε διαχρονικά φιλοσοφικά ερωτήματα όπως τι είναι ο νους και η ανθρώπινη ψυχή ( Διανύοντας τον 21ο αιώνα η επιστήμη εξελίσσεται με ταχείς ρυθμούς λόγω της τεχνολογικής ανάπτυξης. Αφενός προσπαθούμε να χαρτογραφήσουμε τον εγκέφαλο και αφετέρου χρειαζόμαστε τις ιατρικές ανακαλύψεις που θα μας βοηθήσουν να κατανοήσουμε και να θεραπεύσουμε ασθένειες του νευρικού συστήματος. Παράλληλα στόχος είναι και η απάντηση σε διαχρονικά φιλοσοφικά ερωτήματα όπως η φύση του ανθρώπινου νου, που απασχολούν όχι μόνο τους επιστήμονες αλλά και κάθε άνθρωπο σαν εμάς που βρισκόμαστε σήμερα εδώ. Για αυτό τον λόγο ο 21ος αιώνας έχει δίκαια χαρακτηριστεί ως αιώνας των νευροεπιστημών. )
• #4: Μία από τις μεγαλύτερες φιλοδοξίες των νευροεπιστημόνων, λοιπόν, είναι η χαρτογράφηση των δικτύων των νευρικών κυττάρων του εγκεφάλου. Για αυτό το λόγο δημιουργήθηκε η έννοια Κονέκτομ που σημαίνει δικτύωμα, δηλαδή η απεικόνιση των συνάψεӬν των νευρώνων σε μεγάλη κλίμακα. Ωστόσο η έρευνα του εγκεφάλου απαιτεί τη διαχείριση τεράστιου όγκου πειραματικών δεδομένων, που για να γίνει είναι απαραίτητοι όχι μόνο πανίσχυροι υπολογιστές αλλά και πολύ ανθρώπινο δυναμικό.
• #5: Για να επιταχύνουμε λοιπόν την έρευνα, στις μέρες μας αρχίζει να αναπτύσσεται η φιλοσοφία του “citizen science”. Είναι η αντίληψη ότι ο καθένας μπορεί να συμβάλλει στην επιστημονική έρευνα από τον υπολογιστή του σπιτιού του μέσω ειδικά διαμορφωμένου περιβάλλοντος, με το να επεξεργάζεται αληθινά πειραματικά δεδομένα. Πολλά τέτοια ερευνητικά προγράμματα είναι ταυτόχρονα και, όπως λέμε, παιχνιδοποιημένα. δηλαδή, όπως θα συνέβαινε σε ένα παιχνίδι, δίνεται κίνητρο στη δράση και βραβεία που καθιστούν τους πολίτες-παίκτες-επιστήμονες ολοένα και περισσότερο εμπλεκόμενους στην επιστήμη. Άρα, η επιστημονική έρευνα δεν περιορίζεται μόνο στην στενη κοινότητα των ειδικών, αλλά διαδίδεται σε ολόκληρο τον κόσμο.
• #6: Έτσι αποφασίσαμε κι εμείς να γίνουμε citizen scientists και να βάλουμε το δικό μας λιθαράκι στον αιώνα του εγκεφάλου.
• #7: Το πρόγραμμα που επιλέξαμε είναι το Eyewire, ένα παιχνίδι που δημιουργήθηκε απο το πανεπιστήμιο του Princeton και αποσκοπεί στη χαρτογράφηση των νευρικών δικτύων στον αμφιβληστροειδή χιτώνα του ματιού του ποντικού. https://www.google.gr/search?q=eyewire&safe=strict&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwiGnJagjcvZAhXPe8AKHfpBDKMQ_AUICigB&biw=1366&bih=637 eyewire ειναι ενα παιχνιδι για τη χαρτογραφηση του εγκεφαλου https://i2.wp.com/blog.eyewire.org/wp-content/uploads/2014/10/Screen-Shot-2014-10-09-at-10.23.57-PM.jpg https://static01.nyt.com/images/2015/01/11/magazine/11seung1/11seung1-superJumbo-v3.jpg https://www.flickr.com/photos/123689703@N04/sets/72157646065956112 καθηγητής Σεμπάστιαν Σονγκ
• #8: Μιας και αντικείμενο μελέτης αποτελεί ο αμφιβληστροειδής χιτώνας του ματιού ας πούμε δυο λόγια για τη δομή του: Στο πίσω μέρος υπάρχει μια στιβάδα κυττάρων, τα ραβδία και τα κωνία που είναι οι αισθητήρες της όρασης (αντιλαμβάνονται τις λεπτομέρειες, κινήσεις, περιγράμματα και τα χρώματα). Τα κύτταρα όμως που δημιουργούν το οπτικό νεύρο είναι τα γαγγλιακά. Η σύνδεση ανάμεσα σε αυτά και τα κωνία και τα ραβδία επιτυγχάνεται χάρη σε ένα δίκτυο κυττάρων όπως τα διπολικά, οριζόντια και βραχύινα κυττάρων χάρη στα οποία γίνεται μια πρώτη επεξεργασία της οπτικής πληροφορίας. Για να καταλάβουμε λοιπόν πώς ακριβώς λειτουργούν πρέπει να κατανοήσουμε πώς συνδέονται και για να κατανοήσουμε πώς συνδέονται πρέπει να γνωρίζουμε τη θέση τους στον χώρο δηλαδή να τα χαρτογραφήσουμε. Αυτός είναι λοιπόν ο σκοπός του Εyewire.
• #9: Από πού όμως παίρνει τα πρώτα δεδομένα για να ξεκινήσει η χαρτογράφηση; (βίντεο) Η αρχη της διαδικασίας είναι το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Το δείγμα τοποθετείται σε μια ειδική θέση και η επιφάνειά του σαρώνεται από το μικροσκόπιο, δημιουργώντας μια εικόνα που την αποτυπώνει. Στη συνέχεια, ένας μικροτόμος κόβει από την επιφάνεια ένα στρώμα βάθους 20 νανομέτρων και το μικροσκόπιο σαρώνει την επόμενη νέα επιφάνεια. Με αυτό τον τρόπο συνεχίζεται η διαδικασία μέχρι το τέλος του δείγματος. Επομένως οι διαφορετικές εικόνες μπορούν να συνταχθούν στον χώρο διαδοχικά. Serial block-face scanning electron microscopy (SBFSEM)
• #10: Οι εικόνες του ηλ.μικροσκοπίου χρησιμοποιούνται από την τεχνητή νοημοσύνη η οποία προτείνει τρισδιάστατη απεικόνιση των νευρώνων. Ωστόσο αυτή δεν είναι τέλεια και είναι απαραίτητη η ανθρώπινη κρίση προκειμένου να διασφαλιστεί η ακρίβεια της χαρτογράφησης. Ακριβώς αυτός είναι ο ρόλος των παιχτών του Eyewire, να συσχετίσουν τις εικόνες με τα τρισδιάστατα μοντέλα.
• #11: Ας το δούμε στην πράξη! μια ενδεικτική εικόνα για το πως λειτουργεί το παιχνίδι. Χτίζοντας έναν νευρώνα θα υπάρχουν ειδικά tutorials που θα δείχνουν πως ο παίκτης μπορεί να ξεκινήσει την εικονική περιπέτεια. Δεξιά βλέπουμε μια εικόνα που έχει προκύψει απο το ηλ. μικρ. Στα αριστερά ο κύβος αντιστοιχεί σε ένα μέρος του αρχικού δείγματος. Η εικόνα από τα δεξιά αντιστοιχεί σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο του κύβου. Όσο σκρολλάρουμε κάθε νέα εικόνα αντιστοιχεί σε διαφορετικό επίπεδο του κύβου. Στην αρχή το πρόγραμμα μας δίνει ένα μέρος από έναν νευρώνα που φαίνεται με μπλε χρώμα και στον κύβο και στην εικόνα. Αυτός είναι ο νευρώνας που πρέπει να συνεχίσουμε. Τα περιγράμματα που βλέπουμε δείχνουν τα όρια ενός κυττάρου. Κρίνοντας από το πόσο έντονα είναι καταλαβαίνουμε αν ο νευρώνας συνεχίζεται ή όχι. Εδώ για παράδειγμα βλέπουμε πως σε σχέση με τα υπόλοιπα περιγράμματα ο χώρος είναι κενός οπότε καταλαβαίνουμε πως ο νευρώνας συνεχίζεται και για αυτό κάνουμε κλικ και έτσι προκύπτει η σύνεχεια του νευρώνα που φαίνεται με τιρκουάζ χρώμα. Έτσι συνεχίζουμε με τον ίδιο τρόπο μέχρι να τον ολοκληρώσουμε. Αν πάλι πατήσουμε κάτι λάθος αγνοώντας τα όρια εμφανίζεται ένα μέρος ενός άλλου νευρώνα που δεν μας ενδιαφέρει επί της παρούσης.
• #12: http://museum.eyewire.org/?neurons=17080,20213,20220,25005,26032,26084,26103,26165,90001&browse=1 Όπως είπαμε και πριν ο κάθε κύβος αντιστοιχεί σε ένα μικρό μέρος του δείγματος. Άρα άμα ενώσουμε τα κυβάκια σαν παζλ θα προκύψει μια μεγαλύτερη απεικόνιση δηλαδή το δίκτυο των νευρώνων που είναι και το επιθυμητό αποτέλεσμα.
• #13: Την χαρτογράφηση όπως είπαμε και στην αρχή ακολουθεί η ανάλυση και η αναζήτηση νοήματος. Για παράδειγμα στην εικόνα που βλέπετε, παρ΄όλο που βλέπουμε τον κίτρινο και μπλε νευρώνα να ακουμπούν μόνο στην τελευταία περίπτωση φαίνεται να υπάρχει λειτουργική σύνδεση. Γενικά πάντως, η αξία όλης αυτής της προσπάθειας φαίνεται και από το γεγονός ότι ήδη έχουν γίνει επιστημονικές δημοσιεύσεις. Σε ένα παράδειγμα οι επιστήμονες προτείνουν νέα μοντέλα για την ανίχνευση κίνησης από το μάτι, αξιοποιώντας δεδομένα από τις διασυνδέσεις των κυττάρων στο χώρο. Αυτό μπορεί να έχει όφελος στην έρευνα ασθενειών ή στην ανάπτυξη νέων συστημάτων τεχνητής όρασης… και η έρευνα φυσικά συνεχίζεται!
• #14: Τα αποτελέσματα του προγράμματος είναι εμφανή. Να ένα μικρό δείγμα από χαρτογραφημένους νευρώνες…
• #15: Και αυτή η περιέργεια είναι η κινητήρια δύναμη που μας ενώνει και μας οδηγεί στην ανακάλυψη!