Quand les joueurs en ligne ont contribué à une découverte scientifique majeure

Quand les joueurs en ligne ont contribué à une découverte scientifique majeure

Exploitant l’appétit insatiable des gens pour trouver de nouvelles façons de se perdre et de perdre du temps, certains chercheurs de la Ivy League ont récemment transformé un élément clé de leur travail en un jeu en ligne.

Afin de résoudre l’énigme de la perception du mouvement et de la direction par l’œil, les neuroscientifiques devaient d’abord créer une carte des voies neuronales de la rétine, en dehors du nombre impressionnant de connexions possibles. Sachant que beaucoup de mains (et de tablettes tactiles) fonctionnent normalement, ils ont développé un programme dans lequel les joueurs en ligne utilisaient leurs compétences uniques pour cartographier ces connexions - et faire quelque chose de productif malgré eux.

Les yeux font plus que voir

Une idée fausse répandue veut que la perception se produise entièrement dans le cerveau et que des milliards de neurones dans le corps ne soient que des messagers qui envoient des données brutes au processeur central. En fait, du moins chez les mammifères, les neurones de la rétine analysent des informations complexes bien avant que ces données ne soient transmises à votre haricot.

Cela est dû au fait que, selon le type et l'emplacement de la cellule neurale dans la rétine, celle-ci sera déclenchée par différents types de stimuli, tels que la lumière ou le mouvement. Dans une étude de 1964, il a été constaté que certains groupes de cellules nerveuses dans la rétine des lapins étaient même déclenchés par la taille, la direction et la vitesse. [i] En fait, pour certaines cellules, seul un mouvement dans une certaine direction les déclencherait, de sorte qu'un mouvement dans l'autre direction ne le ferait pas - processus appelé sélectivité de direction.

Plusieurs cellules sont nécessaires pour déterminer la direction. Ensemble, elles effectuent au moins une analyse primitive des données avant de les transmettre au cerveau par le nerf optique.

Cependant, jusqu'à tout récemment, personne ne savait exactement comment ces différentes cellules neuronales étaient connectées et communiquées.

Cellules dans la rétine

Plusieurs types de cellules nerveuses visuelles doivent coopérer pour que la direction soit perçue: les photorécepteurs, les neurones bipolaires et les cellules d'amacrine en étoile. Les photorécepteurs sont déclenchés par la lumière qui frappe la rétine. Ils envoient un signal électrique à la cellule bipolaire qui le transmet aux cellules amacrines en étoile.

Ces cellules étoilées (pensez à une roue de vélo et à ses rayons) ont de nombreux filaments minuscules (appelés dendrites) s'étendant dans une multitude de directions, créant des connexions et des chemins complexes, difficiles à suivre. Finalement, cependant, les informations sont envoyées du starburst à une collection de cellules nerveuses (appelée ganglion), qui envoie finalement les données partiellement analysées au cerveau.

Créer un jeu avec la science (et les scientifiques avec les joueurs)

Avant de pouvoir mapper des connexions, une image 3D de haute qualité de la rétine devait d'abord être produite. Initialement, une rétine de souris a été coupée en plusieurs morceaux très minces et ceux-ci ont été scannés au microscope électronique. Une fois ces images assemblées, une image 3D a été créée, puis transformée en un jeu EyeWire dans lequel «les joueurs sont invités à cartographier les branches d’un neurone d’un côté à l’autre d’un cube. Pensez-y comme un puzzle en 3D. Les joueurs défilent dans le cube (mesurant environ 4,5 microns par côté ou environ 10 fois moins que la largeur moyenne d'un cheveu humain) et reconstruisent les neurones en segments volumétriques à l'aide d'un algorithme d'intelligence artificielle développé par Seung Lab.

Pour ce Starburst Challenge, les 2 000 meilleurs joueurs ont réussi à cartographier suffisamment de rétine pour permettre aux chercheurs de discerner au moins une des voies utilisées pour la détection de la direction. Les scientifiques ont été tellement reconnaissants des contributions de leurs joueurs que les EyeWirers ont été inclus en tant que co-auteurs dans le document académique dans lequel les résultats ont été publiés.

Comment la rétine détecte le mouvement

Essentiellement, pour chaque dendrite sur une cellule en étoile, un type particulier de cellule bipolaire (BC3) serait attaché vers l'extérieur le long de la dentrite, et un autre type de cellule bipolaire (BC2) serait attaché près du concentrateur. Les deux types de cellules bipolaires se déclenchent à des vitesses différentes, la BC2 ayant un délai plus long.

Lorsque la lumière entre en vue, elle stimule les photorécepteurs, qui déclenchent le déclenchement des deux types de cellules bipolaires. fréquemment, les messages des deux types de cellules le long d’une dendrite atteignent la cellule en étoile à différents moments (en grande partie en raison du retard plus important de BC2).

Cependant, lorsqu'un objet en vue se déplace dans la direction d'une dendrite donnée, les messages envoyés par ses deux types de cellules bipolaires (BC2 et BC3) atteignent la cellule en étoile. en même temps, qui à son tour sera suffisamment impressionné pour envoyer un signal à sa cellule ganglionnaire:En gros, dire au cerveau que l'objet se déplace dans une direction déterminée par l'orientation de la dendrite à forte puissance de feu. »

Les auteurs de l’étude soulignent que seule une petite fraction des voies de la rétine ont été cartographiées et qu’il existe probablement d’autres cellules neurales impliquées dans la détection de mouvement.

 Autres jeux de réflexion

EyeWire espère cartographier l’ensemble des connexions du cerveau (appelé le connectome). Un nouveau projet est en cours pour déterminer les voies neuronales qui relient des odeurs spécifiques à des réactions émotionnelles.

Bonus Neuron Facts

  • L’équipe EyeWire a entrepris une tâche énorme. Il y a plus de 85 milliard neurones dans le corps humain moyen et entre 19 et 23 milliards dans le cortex cérébral (où les petites cellules grises réfléchissent de manière complexe). En comparaison, notre concurrent le plus proche est l'éléphant d'Afrique, qui ne possède que 11 milliards de neurones dans le cortex de son gros cerveau.
  • Bien que la sagesse conventionnelle ait prétendu que le néocortex (où notre pensée la plus complexe se produit) ne se trouve que chez les mammifères, des études récentes l’ont remis en question. Au moins deux espèces d'oiseaux et une tortue ont chacune le même type de «cellules semblables à un néocortex» dans différentes parties de leur cerveau, ce qui amène certains à se demander si elles sont capables de fonctions cérébrales avancées. En revanche, les éponges de mer ont zéro (0) cellules nerveuses.

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