Биологическая игра Eyewire

Это изображение — скриншот из Eyewire, научной компьютерной игры, созданной нейробиологической лабораторией Seung Lab в Принстонском университете в 2012 году. В ней игроки, разгадывая головоломки, помогают ученым изучать строение нервной ткани.

Чтобы понять важность такой работы, приведем простой пример. В мозге взрослого человека свыше 85 миллиардов нейронов, тела которых связаны друг с другом миллионами километров отростков — длинных аксонов и коротких дендритов. Непосредственно передача информации между соприкасающимися друг с другом нейронами происходит с помощью специальных соединительных структур — синапсов, их в нашем мозге триллионы. Неудивительно, что ученые в одиночку не в силах разобраться в столь сложной структуре, картировать ее и классифицировать составные элементы.

Eyewire призвана решить эту проблему — для начала, в отношении участка сетчатки глаза мыши, включающего около 3000 нервных клеток. Снимок сетчатки в сканирующем электронном микроскопе подробно оцифровали в Институте медицинских исследований им. Макса Планка (Германия). На изображении вверху вы видите уже изученный игроками кусочек этой оцифровки, на котором переплетены отростки двух нейронов: окрашенного в голубой цвет ганглионарного (генератора нервных импульсов) и желтого амакринового (промежуточного передатчика сигналов). В середине кадра — синапс.

Игроку дается по две картинки, на левой — кубический участок оцифровки (ребро такого виртуального куба имеет длину 4,5 микрона) с частями одного или нескольких нейронов внутри. На правой картинке показываются последовательные срезы этого кубического участка, на которых игрок должен заливать разными цветами области, соответствующие срезам разных нейронов.

Скриншот из игры

Новый куб, который дается игроку, прилегает минимум одной из своих граней к другому, ранее уже «разгаданному» участниками проекта (первые кубы в самом начале игры «разгадали», конечно, сами ученые). При этом в новый куб изначально включается маленький участок старого с уже реконструированными участками нейронов, чтобы игроку было понятно, откуда идет закрашиваемый нерв.

Пример нового куба для «разгадывания», который дается игроку. Уже реконструированные участки отростков нервных клеток закрашены синим. Рисунок из блога Eyewire

Один и тот же участок на старте игры обрабатывали по 11–18 человек. После этого система составляла из их реконструкций усредненный вариант, который и признавался правильным. Однако позже, по мере того, как опыт игроков накапливался, было введено понятие «авторитета» (weight), который зависит от того, насколько правильно игрок «разгадывал» предыдущие кубы (численный показатель максимального авторитета равен единице). Авторитет определяет «весомость» вклада реконструкции каждого игрока в итоговую реконструкцию. Благодаря этому теперь для точной реконструкции одного куба достаточно 3–7 человек, что ускоряет работу. Кроме того, у игроков появилась дополнительная мотивация стараться и не совершать ошибок: это повышает авторитет. Сейчас авторы игры работают над дополнительным усовершенствованием системы — чтобы она, например, учитывала, в какое время дня тот или иной игрок более аккуратен.

Решать такие 3D-головоломки увлекательно и, после некоторой тренировки, довольно несложно. Подключиться к Eyewire можно онлайн из любой точки мира. За успешное выполнение заданий игрокам начисляют очки и присуждают «достижения» (аchievements), что также вносит в игру соревновательный элемент.

За первые пять лет работы Eyewire к ней присоединилось около 250 000 игроков со всего мира. Им уже удалось внести важный вклад в науку. Проанализировав полученные реконструкции 396 ганглионарных нейронов, сотрудники Seung Lab обнаружили, что типов таких нейронов, с разными формами (а значит и функциями), в сетчатке глаза мыши существует не 15–20, как считалось ранее, а 35–50. Причем о существовании шести из них ученые ранее даже не догадывались.

Другие реконструированные игроками нейроны можно посмотреть в виртуальном музее Eyewire Museum, также находящимся в общем доступе в интернете.

Вот сколько открытий может принести так называемая гражданская наука. И это только в сетчатке глаза мыши. Когда ученые возьмутся за подробную реконструкцию клеточной структуры мозга, новых открытий может быть на порядок больше.

Фото с сайта bpod.mrc.ac.uk.

Олег Соколенко