26萬電腦遊戲玩家幫助科學家創建視網膜神經元地圖
「與世界各地的『Eyewirers』合作，我們製作了一個數字 博物館，展示了美麗而複雜的視網膜神經迴路，」普林斯頓大學神經科學研究所（PNI）計算機科學教授和神經科學教授Sebastian Seung說。相關論文發表在5月17日的《Cell》雜誌。
「這個互動式閱讀器是屬於全球大規模合作的巨大財富，」Eyewire執行總監、PNI眾包專家Amy Robinson Sterling說。為民間科學家打造的Eyewire在線遊戲平台生成了這些數據。
「該博物館有點像大腦圖冊，」文章四位共同第一作者之一、電子工程專業研究生Alexander Bae說。「它前所未有地允許用戶在單細胞水平或細胞子集水平可視化大腦，並與這些細胞進行交互。另一個新穎之處在於，我們不僅展示了每個細胞的形態，而且還富含細胞功能數據。」
神經圖冊由在線遊戲玩家共同開發，玩家投入了成千上萬個小時，對2009年科學家們在小鼠視網膜中採集的數據進行精細拼圖。
Eyewire引入了機器學習以追蹤每條神經元路徑上的玩家。人類在視覺上更善於識別神經元的模式，所以每個玩家的動作都會被高級玩家和Eyewire的工作人員記錄和檢查，同時，軟體也不斷提高自己的模式識別技能。
自從2012年推出Eyewire以來，超過265000人簽署參加了這項運動，他們總共攢聚了1000多萬個3D「立方體」，映射了超過3000個神經元，數字博物館中約展出1000個。
每個「立方體」都是單細胞的一個微小子集，10×10個立方體也僅為頭髮絲的寬度，每個細胞由5-25名玩家進行評審，直到被系統完全接受。
「回到幾年前，一個細胞需要花費數周才能完成，」Sterling說。「現在一天玩家們就可以完成數個神經元。」
Eyewire遊戲的用戶體驗專註於「科學研究」，同時它也是一個典型的遊戲環境，有聊天功能、成就徽章、在線匹配其他玩家和技術支持，以及解鎖特權和提高技藝的能力。「頂級玩家每周在線時間無疑超過了30個小時，」Sterling說。
「玩家也可以在其他方面做出貢獻，比如捐獻遊戲中獲得的遊艇，」Sterling說。「為了使其更高效、更有趣，我們還加入了簡介歷史、玩家活動地圖、前100名排行榜和不斷增加的可定製水平。平台隱形驅動力在於『當你上線，你並不孤單，它會顯示網上有43人正在遊戲，其中一些人是來自波士頓和普林斯頓的管理者，大部分是普通玩家，更新，現在有46人在線』。」
大腦內有1000億個神經元通過數萬億的連接彼此通訊，神經科學家們正試圖組裝這些幾乎不可測量的「零件列表」。計算機科學研究生Nicholas Turner說：「如果你知道機器的部件組成，你就會明白它是如何運作的。」
研究人員從小鼠視網膜上截取的神經節細胞（ganglion cells）開始追蹤。「視網膜的功能不僅僅是感光，視網膜神經迴路是視覺感知的第一線。」
視網膜和大腦來自相同胚胎組織，雖然相對比大腦簡單，仍有很多令人驚訝之處。
不同類型的神經節計算不同類型的視覺特徵，利用Eyewire測繪的396個神經節細胞，Seung實驗室的研究人員對這些細胞進行了前所未有的精準分類。
「首先，不同細胞類型的數量是一個驚喜，」共同一作、PNI副研究員Shang Mu說。「幾年前，人們曾認為只有15-20種神經節細胞類型，但是在這項研究中，我們發現了超過35種神經節細胞，我們估計在35-50種之間。」
其次，其中6種非常新穎。研究人員在任何文獻中都搜索不到匹配的描述。
數字博物館揭示了神經元的高度扁平化，幾乎所有分支都發生在二維平面。
Seung研究小組發現，不同細胞生長在不同平面，一些細胞在分支之前達到核（nucleus）上，另一些則在核附近擴散，神經元組成的圖冊就像熱帶雨林，包括地面、林下、樹冠和超過其餘部分的緊急層植被。
所有這些都是內部從狀層（inner plexiform layer）的細分，後者是已經確定的五個視網膜層之一。研究人員還發現了一種用於區分神經元類型的「密度守恆原理」。
「僅1小片鼠的視網膜，將近10年後，我們仍能從中學到新知識，這是該研究帶給我們的最大震驚，」Seung總結道。
原文標題
Digital Museum of Retinal Ganglion Cells with Dense Anatomy and Physiology
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