如何创建第一个地图昆虫的大脑是什么意思来理解人类的大脑
想象试图在一个陌生的城市,但你失去了你的智能手机。你没有地图。和路牌是一门外语。这是神经科学家对研究大脑的感觉。
数十亿神经元的人类大脑数以万亿计的连接,形成一个错综复杂的迷宫的道路(神经通路),使我们我们是谁。连接神经元的神经通路是一系列从大脑的一部分发送信号到另一个地方。这些网络控制如何我们认为,储存我们的记忆和相互作用。神经科学家还没有这种技术大纲甚至人类的大脑内的一小部分连接。我们没有地图。
但一个国际科学家小组MRC的分子生物学实验室,剑桥大学,约翰霍普金斯大学取得了一个突破。我们绘制了迄今为止最复杂的大脑:昆虫。大脑是在许多方面类似于人类的大脑,两个半球,brainstem-like脊髓结构和等效控制动物的肌肉。
理解大脑如何可能给我们许多线索人类的大脑的工作原理。
只有少数大脑地图,或连接体今天,可用。那些存在是对于简单的动物,例如蠕虫或海鞘,几百个神经元。
你需要昂贵的设备映射的大脑,比如强大的电子显微镜图像的小神经元之间的突触,每一颗约一米的1000000000。神经元突触连接,相互通信。即使是简单的大脑,这需要好几年的时间重建神经道路,突触和神经细胞。
在一个最近的研究发表在《科学》杂志上,我和我的合作者映射果蝇幼虫(黑腹果蝇)大脑神经元和突触网站超过一百万3016。这些昆虫非常复杂。果蝇幼虫能感觉到疼痛,形成好的和坏的记忆在一个团队工作与他们的邻居寻找食物。
我们学到了什么
我们首先发现果蝇神经元在没有一个相互通信,但四个不同的方式。
科学家认为神经元相互沟通的主要方式是利用其电缆(突)神经递质(化学信使)发送到另一个神经元的树突。树突是附件设计接收信号从其他细胞。然而,这是只适用于连接在大脑果蝇幼虫的一半。有时,果蝇神经元从axon-to-axon发送消息,dendrite-to-dendrite或dendrite-to-axon。
研究人员意识到这种类型的连接,但他们仍知之甚少或有多少。我们的团队感到震惊的数量,占近一半大脑的连接。他们允许神经元彼此连接的方式我们之前没有考虑的,例如,通过组合多个同时连接类型。
因为有太多的神经元,很难考虑大脑作为一个质量相互连接的神经元。所以神经学家简化组成相似的“细胞”。每个神经元都有一个独特的形状和作用brain-essentially自己的指纹。但没有达成共识如何定义这些细胞类型。
我的团队偶然发现了一个分解的新方法大脑结构在最简单的形式中,单独使用神经元之间的连接。我们发现93年在果蝇幼虫的大脑细胞类型。神经元在每个组有类似的形状和在大脑中执行类似的角色,例如,从眼睛接收视觉信息。
接下来,我们专注于大脑详细的核心。我们开发了一个算法跟踪信号在大脑。科学家们认为不同的神经元是致力于不同的感官这些信号才走到一起。但是,使用我们的算法,我们发现大多数神经元多任务,执行不同的角色取决于特定的感官刺激果蝇幼虫。神经元只有一个感官信号处理是罕见的。
算法和大脑
果蝇幼虫的大脑显示出惊人的相似之处人工智能(AI)。通路通过大脑是分层的在像ResNets之上,(人工神经网络允许深层网络更好的学习任务),允许它包更多的权力。许多大脑通路中循环。这是显示特别是在学习和记忆中心,也许功能像递归神经网络与循环连接(人工神经网络)。
但即使是简单的大脑可以执行许多任务,而AI只能做一份好工作的一个任务。另外,大脑会更有效率,比人工智能使用更少的能量。如果使用大脑足够的能量一个灯泡来解决一个问题,AI可能需要所需的能量建立和推动5辆车为120000英里找出相同的难题。
人工智能正变得越来越普遍,与突破像ChatGPT。这项技术正在成为越来越多的能源饥饿,当前气候危机可能恶化。学习的大脑可以解决复杂的问题以最小的能源消耗将人工智能的重要减少碳足迹。
我的团队的研究是了解大脑的结构的一个里程碑。因为果蝇许多基因与人类分享,我们的果蝇幼虫大脑地图可以帮助科学家们了解致病突变改变大脑连接神经疾病,如自闭症和精神分裂症。
与大脑地图在手,问题的答案大脑功能和功能障碍是触手可及。所有我们需要做的是继续探索。
