Náš mozek tvoří hustá neuronová síť, která zpracovává veškeré signály z našich senzorů a obstarává logiku, emoce, řeč a další dovednosti. Vědci poprvé zachytili její tvorbu.
I když o mozku stále nevíme úplně všechno, postupujeme v analyzování stále rychleji, jak se na exponenciální technologický vývoj sluší a patří. Vědci zkoumají náš mozek z různých oblastí a v různých fázích, tentokrát se podařilo uskutečnit další milník, který se týká vývoje neuronové sítě samotné.
TIP: Začíná největší projekt tvorby simulace lidského mozku
Jak probíhá počátek našeho vlastního „superpočítače“ na ramenou, který se stará o to, abychom žili a přežili?
Tvorba neuronové sítě našeho mozku na videu
Vědci z Beckmanova institutu se zaměřili na samotný počátek tvorby neuronové sítě, která je základem nejen mozku člověka, ale samozřejmě i všech pokročilejších zvířat.
Pomocí techniky zvané SLIM (Spatial Light Interference Microscopy) se týmu pod vedením Gabriela Popescu podařilo poprvé vidět tvorbu neuronové sítě z univerzální lidské kmenové buňky, které se mohou dle potřeby proměnit na různé buněčné typy.
Jak si lze prohlédnout na videu, kde jsou jednotlivé části dodatečně barevně odlišené pro lepší přehled, vývoj struktury sítě funguje relativně organizované a síť tak tvoří sama sebe. Výrobní „materiály“ se v rámci sítě šíří po spojeních, která byla vytvořená, na videu je průběh přibližně v rámci jednoho dne po desetiminutových sekvencích.
Jednotlivé neurony se snaží získat více spojení do okolí, což zlepšuje a zesiluje výslednou strukturu neuronové sítě. Jak Popescu dodává, vypadá to podobně jako třeba člověk na Facebooku. Jakmile naváže spojení s jiným člověkem, toto spojení se udrží a pak se snaží o spojení s dalšími. Díky těmto spojením mohou jednotlivé neurony komunikovat mezi sebou navzájem.
Spuštění komunikace ale nezačíná okamžitě při vytvoření spojení, ale přibližně až po deseti hodinách, než se v rámci sítě přenesou materiály pro tvorbu nových neuronových spojení nebo neuritů (axon/dendrit) na další rozšíření sítě.
Komplexní struktura z jednoduchého začátku
Jedná se o skvělou ukázku toho, jak jednotlivé buňky, které nejsou v počátku nijak spojené, začnou interagovat a posupně vytvoří komplexní strukturu jakou je prezentovaná neuronová sítě. A to vše se stihne už v rámci prvních 24 hodin.
Vývoj a proměna zkoumané neuronové sítě v čase (Zdroj: Nature)
Během této krátké doby tak přestanou jednat zcela samostatně, ale po spojení začíná síť fungovat společně a organizovaně, komunikace probíhá všemi spoji, stejně tak rozšiřování sítě. Samotné buňky se už v průběhu vývoje příliš nemění, ale přizpůsobují se v rámci propojení v neuronové síti s ostatními buňkami.
Výzkum důležitý i pro umělé neuronové sítě
Tento výzkum by mohl pomoci lépe pochopit vývoj, proměnu a stárnutí neurnové sítě. Může být také důležitým prvkem při výzkumu a léčené Alzheimerovy choroby, která zahrnuje ztrátu neuronových spojení a samozřejmě i dalších nemocí týkajících se neuronové sítě.
Podrobný pohled na vývoj biologické neuronové sítě může zlepšit i naší virtuální kopii v podobě umělé neuronové sítě, která může být pokročilejší nebo efektivnější, než u současné generace.
Pro tvorbu počítače s komplexními schopnostmi našeho mozku je takový vývoj komplexního systému spojení nutností a není nic jednoduššího, než napodobit miliardy let vyvíjenou architekturu zahrnující sto miliard neuronů a teprve od ní se odrazit pro další vylepšení.
Abstrakt k výzkumu naleznete na webu Nature.
