„Elektronische Fruchtfliegen'-Alarm Musk! Dahinter steckt eine Karte des gesamten Gehirns mit 130.000 Neuronen, die auf einem Computer ausgeführt werden kann

Die Gehirnforschung hat einen weiteren großen Schritt nach vorne gemacht!

Wissenschaftler aus Princeton gaben kürzlich bekannt, dass sie erfolgreich die erste Konnektomkarte des gesamten Gehirns erwachsener Tiere erstellt haben.

Enthält 130.000 annotierte Neuronen aus dem weiblichen Gehirn von Drosophila melanogaster und Zehnmillionen chemischer Synapsen zwischen ihnen.

Noch wichtiger: Die Daten sind vollständig offen und können mit einem Klick abgefragt werden.

Sie müssen nur relevante Informationen auf der Codex-Website eingeben und erhalten einen Panoramablick auf die Konnektivität, Größe, Neurotransmitter und andere Informationen jedes Neurons.

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Einschließlich intuitiver 3D-Modelle.

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Diese Studie erregte bereits nach ihrer Veröffentlichung große Aufmerksamkeit.

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NVIDIA-KI-Wissenschaftler Fan Linxi(Jim Fan)retweetet und geliked:

Das Faszinierende ist, dass diese Studie der Princeton University die Aufmerksamkeit der Natur, das Arbeitsgedächtnis und sogar den grundlegenden Bewusstseinsalgorithmus enthält.

Wenn wir das Connectome als kompilierte ausführbare Binärdatei betrachten, wie viel Quellcode können wir aus einer vollständigen Gehirnsimulation dekompilieren?

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Darüber hinaus bietet die Gehirnstruktur von Fruchtfliegen wichtige Inspirationen für maschinelles Lernen.

Jemand hat dieses Modell bereits auf dem Computer ausgeführt, um den Vorgang zu simulieren, bei dem Fruchtfliegen ihre Fühler fressen und kämmen.

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Musk achtete auch auf diese „elektronische Fruchtfliege“ und hatte das Gefühl, dass die Dinge anfingen, seltsam zu werden.

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Gezeichnet durch elektronenmikroskopische Bilder

Das Forschungsteam rekonstruierte die vollständige Konnektomkarte des weiblichen Gehirns von Drosophila melanogaster.

Anders als bei herkömmlichen Schnittmethoden werden die Informationen im Atlas hauptsächlich aus elektronenmikroskopischen Fotos gewonnen.

Diese elektronenmikroskopischen Fotos stammen aus dem 2018 von Zheng und Lauritzen et al. veröffentlichten FAFB-Datensatz (Full Adult Fly Brain).

Durch die Auflösung elektronenmikroskopischer Fotos können Proteinmoleküle klar erkannt werden, und durch Computeranalyse können relevante Informationen gewonnen werden.

Das nur 0,1 mm große Gehirn der Fruchtfliege verfügt über Hunderte Millionen Synapsen und ist damit dichter als die Synapsen von Säugetieren.

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Die Nerven im Drosophila-Gehirn sind in 9 Hauptkategorien, 31 Unterkategorien und 78 Regionen unterteilt.

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Diese neun Kategorien basieren auf der Unterteilung von Neuronen in drei Teile entsprechend der Richtung des Informationsflusses.

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Durch den Vergleich mit der neuronalen Struktur unter einem optischen Mikroskop wurde zunächst die Genauigkeit des vom Team erstellten Modells überprüft.

Darüber hinaus beweisen auch numerische Berechnungen und manuelle Stichprobeninspektionsergebnisse, dass das Modell korrekt ist.

Darüber hinaus konnte das Team durch statistische Analysen auch die Neurotransmitterkomponenten zwischen Neuronen mit hoher Genauigkeit vorhersagen.

Das Forschungsteam analysierte außerdem die neuronalen Schaltkreise des Drosophila-Auges und verfolgte den Prozess des Informationsflusses von Eingabeneuronen zu Ausgabeneuronen.

Obwohl die Anzahl der Input- und Output-Neuronen im Nervensystem nur einen kleinen Anteil ausmacht, sind sie die Brücke zwischen dem Gehirn und der Außenwelt.

In diesem Prozess verwendete das Team ein probabilistisches Modell, um den Informationsfluss ausgehend vom Samenneuron zu analysieren.

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Das Team durchquerte jedes Samenneuron und maß den Prozess der Informationsübertragung zum Nervenzentrum und dann zum ausgehenden Nerv.

Die durch die Informationsübertragung während des Durchquerungsprozesses zurückgelegte Distanz wird sortiert und dann normalisiert.

Dieser Prozess half den Forschern herauszufinden, wie verschiedene Arten eingehender Informationen an die entsprechenden Nervenzentren übermittelt werden, und die Ergebnisse entsprachen den Erwartungen.

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Die Erstellung dauerte 4 Jahre

Es ist erwähnenswert, dass die Forscher von den vollständigen Gehirndaten der erwachsenen Fruchtfliege (FAFB) bis zur vollständigen Erstellung der Gehirnkarte der erwachsenen Fruchtfliege eine insgesamt 194 Wochen, also etwa 4 Jahre.

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Dahinter steht das Projekt namens FlyWire, das durch Beiträge von mehr als 200 Community-Mitgliedern unterstützt wurde.

Laut offiziellen Website-Informationen handelt es sich bei FlyWire um ein Projekt mit künstlicher Intelligenz und menschlicher Zusammenarbeit, das darauf abzielt, das gesamte Gehirnkonnektom von Drosophila zu rekonstruieren. Konkret wurde FlyWire in den Laboren von Mala Murthy und Sebastian Seung an der Princeton University mit einer Gemeinschaft von Neurobiologen, Informatikern und Korrektoren entwickelt.

Durch die Verknüpfung neuronaler Verbindungen mit der Gehirnfunktion können wir erhebliche Fortschritte beim Verständnis der Funktionsweise des Gehirns erzielen.

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Papieradresse:
[1]https://www.php.cn/link/b8c4c8b2271787e2f78b5fe2ce193caa [2]https:// www.php.cn/link/8af141d3c5a5146a3eac9d166ab4c458[3]https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.05.02.539144v1.full.pdf

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