lidský mozek | Svět2000

Vědci zveřejnili 3D rekonstrukci části lidského mozku

26. 9. 2024 Iveta Mauci, šéfredaktorka a licencovaná autorka vědeckých zpráv NASA, ESO, ESA, AAAS a EurekAlert 0 komentářů 2 min read 651 Zobrazení datová sada, lidský mozek, medicína, neurony, věda

Medicína Nové Věda

***Zmapovaný fragment lidského mozku. Výzkumníci publikovali dosud největší datovou sadu neuronových spojení.*** *Šest vrstev excitačních neuronů barevně odlišených podle hloubky.*

Jeden milimetr krychlový mozkové tkáně nemusí znít jako hodně. Ale vezmeme-li v úvahu, že miniaturní čtvereček obsahuje 57 000 buněk, 230 milimetrů krevních cév a 150 milionů synapsí, pak to vše dohromady představuje 1400 terabajtů dat.

Nejmodernější algoritmy AI společnosti Google umožňují rekonstrukci a mapování mozkové tkáně ve třech rozměrech. Tým také vyvinul sadu veřejně dostupných nástrojů, které mohou výzkumníci použít k prozkoumání a anotaci konektomu.

Harvardský tým vedený Jeffem Lichtmanem, profesorem molekulární a buněčné biologie, společně s výzkumníky z Google, dokázali něco obrovského. Dosud největší 3D rekonstrukci části lidského mozku v synaptickém rozlišení. Ukazuje v živých detailech každou buňku a její síť nervových spojení v minimalistickém kousku lidské temporální kůry. A to o velikosti poloviny zrnka rýže.

Google Research AI

Tento mistrovský čin je nejnovějším dílem v téměř 10leté spolupráci s vědci z Google Research. Ti kombinují zobrazování pomocí Lichtmanovy elektronové mikroskopie s algoritmy AI k barevnému kódování a rekonstrukci extrémně složitého zapojení mozků savců.

Konečným cílem této spolupráce, bylo vytvoření mapy s vysokým rozlišením neurální kabeláže celého mozku myši. Ta by obsahovala asi 1000krát větší množství dat, než jaké právě vytvořili z 1 milimetru krychlového fragmentu lidské kůry.

„Slovo ‚fragment‘ je ironické,“ řekl Lichtman. „Terabyte je pro většinu lidí obrovský, ale fragment lidského mozku, jen nepatrný, malinký kousek lidského mozku, jde stále o velikost tisíce terabajtů.“

Nejnovější mapa obsahuje dosud neviděné detaily struktury mozku, včetně vzácné, ale výkonné sady axonů spojených až 50 synapsemi. Tým také v tkáni zaznamenal neobvyklé zvláštnosti, jako například malý počet axonů, které tvořily rozsáhlé přesleny. Vzhledem k tomu, že jejich vzorek byl odebraný pacientovi s epilepsií, nejsou si jisti, zda jsou takové neobvyklé útvary patologické, nebo prostě vzácné.

**Sdílená datová sada H01.**
Byla vykreslená řada histologických znaků v 1 mm ³ lidského mozku, včetně neuropilu (A) a jeho segmentace (B) v rozlišení nanometrů, anotovaných synapsí (C) , xcitačních neuronů (D) , inhibičních neuronů (E), astrocytů (F), oligodendrocyty (G), myelin (H ) a krevní cévy (I). Byla také identifikovaná dříve nerozpoznaná neuronální třída (J) a multisynaptická spojení (**K).**

Lichtmanovým oborem je „connectomika“, která se snaží podobně jako genomika, vytvářet komplexní katalogy struktury mozku. A to až po jednotlivé buňky a kabeláž. Takto dokončené mapy by osvětlily cestu k novým pohledům na mozkové funkce a nemoci, o kterých toho vědci stále moc neví.

Zdroje: AAAS, vědecká studie byla publikovaná v časopise Věda, DOI10.1126/science.adk4858

Nový model lidského mozku by mohl připravit cestu pro vědomí umělé inteligenci

16. 11. 2022 Iveta Mauci 2 min read 468 Zobrazení AI, lidský mozek, model, počítačová věda, UI, umělá inteligence

Nové Technologie TOP 10 UI

Nový model lidského mozku

Studie představuje nový neuropočítačový model lidského mozku, který by mohl objasnit, jak mozek rozvíjí komplexní kognitivní dovednosti a pokročil ve výzkumu umělé inteligence. Studii provedl mezinárodní tým vědců z Institutu Pasteur a Sorbonnské Univerzity v Paříži, CHU Sainte-Justine, Mila – Quebec Artificial Intelligence Institut a Univerzity v Montrealu, napsal SciTechDaily.

Model, který byl uveden na obálce časopisu Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických (PNAS), popisuje neurální vývoj na třech hierarchických úrovních zpracování informací:

první senzomotorická úroveň zkoumá, jak se vnitřní aktivita mozku učí vzorce z vnímání a spojuje je s činností;
kognitivní úroveň zkoumá, jak mozek kontextově kombinuje tyto vzorce;
konečně vědomá úroveň zvažuje, jak se mozek disociuje od vnějšího světa a manipuluje s naučenými vzory (prostřednictvím paměti), které již nejsou přístupné vnímání.

Důraz modelu na interakci mezi dvěma základními typy učení – hebbovské učení, spojené se statistickou pravidelností (tj. opakováním), nebo jak to řekl neuropsycholog Donald Hebb, „neurony, které se spojují, spojují“ – a posilujícím učením, spojeným s odměnou a dopaminovým neurotransmiterem poskytuje pohled na základní mechanismy, které jsou základem kognice.

Model řeší tři úlohy zvyšující se složitosti napříč těmito úrovněmi, od vizuálního rozpoznávání po kognitivní manipulaci s vědomými vjemy. Pokaždé tým představil nový základní mechanismus, který mu umožnil postupovat.

Výsledky zdůrazňují dva základní mechanismy pro víceúrovňový rozvoj kognitivních schopností v biologických neuronových sítích:

synaptická epigeneze s hebbovským učením v místním měřítku a posilujícím učením v globálním měřítku;
a samoorganizovaná dynamika, prostřednictvím spontánní aktivity a vyváženého excitačního/inhibičního poměru neuronů.

„Náš model ukazuje, jak konvergence neuro-AI zdůrazňuje biologické mechanismy a kognitivní architektury, které mohou podpořit vývoj další generace umělé inteligence a dokonce nakonec vést k umělému vědomí,“ řekl člen týmu Guillaume Dumas, odborný asistent počítačové psychiatrie na University of Montreal a hlavní výzkumný pracovník ve výzkumném středisku CHU Sainte-Justine.

Dosažení tohoto milníku může vyžadovat integraci sociálního rozměru poznání, dodal. Vědci se nyní zabývají integrací biologických a sociálních dimenzí ve hře v lidském poznání. Tým se již stal průkopníkem první simulace dvou celých mozků v interakci.

Zakotvení budoucích výpočtových modelů v biologických a sociálních realitách nejenže bude nadále vrhat světlo na základní mechanismy, které jsou základem kognice, tým věří, ale také pomůže poskytnout jedinečný most k umělé inteligenci směrem k jedinému známému systému s pokročilým sociálním vědomím: lidskému mozku.