مجموعة بيانات جديدة ضخمة تتخطى حدود علم الأعصاب

لذلك يستخدم علماء الأعصاب نهجًا يسمى “تقليل الأبعاد” لجعل هذا التصور ممكنًا – يأخذون البيانات من آلاف الخلايا العصبية ، ومن خلال تطبيق ذكي من الجبر الخطي ، يصفون أنشطتهم باستخدام عدد قليل من المتغيرات. هذا هو بالضبط ما فعله علماء النفس في تسعينيات القرن الماضي لتحديد المجالات الخمسة الرئيسية للشخصية البشرية: الانفتاح ، والتوافق ، والضمير ، والانبساط ، والعصابية. ووجدوا أنه بمجرد معرفة كيفية تسجيل الفرد في تلك الصفات الخمس ، يمكنهم التنبؤ بفعالية بكيفية إجابة هذا الشخص على مئات الأسئلة في اختبار الشخصية.

لكن المتغيرات المستخرجة من البيانات العصبية لا يمكن التعبير عنها بكلمة واحدة مثل “الانفتاح”. إنها تشبه إلى حد كبير الزخارف وأنماط النشاط التي تغطي مجموعات عصبية بأكملها. يمكن لعدد قليل من هذه الأشكال أن تحدد محاور قطعة الأرض ، حيث تمثل كل نقطة مجموعة مختلفة من تلك الأشكال – ملف تعريف النشاط الفريد الخاص بها.

هناك جوانب سلبية لتقليل البيانات من آلاف الخلايا العصبية وصولاً إلى عدد قليل من المتغيرات. تمامًا مثل التقاط صورة ثنائية الأبعاد لمنظر مدينة ثلاثي الأبعاد يجعل بعض المباني غير مرئية تمامًا ، فإن حشر مجموعة معقدة من البيانات العصبية في أبعاد قليلة فقط يلغي قدرًا كبيرًا من التفاصيل. لكن العمل في أبعاد قليلة يمكن التحكم فيه بشكل أكبر بكثير من فحص آلاف الخلايا العصبية الفردية في وقت واحد. يمكن للعلماء أن يرسموا أنماط نشاط متطورة على المحاور التي تحددها الزخارف لمشاهدة كيف يتغير سلوك الخلايا العصبية بمرور الوقت. لقد أثبت هذا النهج أنه مثمر بشكل خاص في القشرة الحركية ، وهي منطقة كانت فيها استجابات الخلايا العصبية المفردة المربكة والتي لا يمكن التنبؤ بها قد أصابت الباحثين لفترة طويلة بالارتباك. ومع ذلك ، عند النظر إليها بشكل جماعي ، تتبع الخلايا العصبية مسارات منتظمة ودائرية في كثير من الأحيان. ترتبط سمات هذه المسارات بجوانب معينة من الحركة – فموقعها ، على سبيل المثال ، هو المتعلقة بالسرعة.

يقول أولسن إنه يتوقع أن يستخدم العلماء تقليل الأبعاد لاستخراج أنماط قابلة للتفسير من البيانات المعقدة. يقول: “لا يمكننا أن ننتقل إلى خلايا عصبية تلو الأخرى”. “نحن بحاجة إلى أدوات إحصائية وأدوات تعلم الآلة التي يمكن أن تساعدنا في إيجاد بنية في البيانات الضخمة.”

لكن هذا المسار البحثي لا يزال في أيامه الأولى ، ويكافح العلماء للاتفاق على ما تعنيه الأنماط والمسارات. يقول جون كراكور ، أستاذ علم الأعصاب وعلم الأعصاب في جامعة جونز هوبكنز: “يتشاجر الناس طوال الوقت حول ما إذا كانت هذه الأشياء واقعية”. هل هم حقيقيون؟ هل يمكن تفسيرها بسهولة [as single-neuron responses]؟ إنهم لا يشعرون بأنهم ملموسون ومرتكزون على الأرض “.

سيتطلب تحويل هذه المسارات إلى الأرض تطوير أدوات تحليلية جديدة ، كما يقول تشرشلاند – وهي مهمة سيتم تسهيلها بالتأكيد من خلال توافر مجموعات البيانات واسعة النطاق مثل معهد آلن. والقدرات الفريدة للمعهد ، بجيوبه العميقة وموظفيه البحثيين الضخمين ، ستمكنه من إنتاج كميات أكبر من البيانات لاختبار تلك الأدوات. يقول أولسن إن المعهد يعمل كمرصد فلكي – لا يمكن لمختبر واحد أن يدفع ثمن تقنياته ، لكن المجتمع العلمي بأكمله يستفيد من قدراته التجريبية ويساهم فيها.

حاليًا ، كما يقول ، يعمل معهد ألين تجريب نظام حيث يمكن للعلماء من جميع أنحاء المجتمع البحثي اقتراح أنواع المنبهات التي يجب أن تظهر على الحيوانات ، وأنواع المهام التي ينبغي عليهم القيام بها ، بينما يتم تسجيل الآلاف من الخلايا العصبية الخاصة بهم. مع استمرار زيادة قدرات التسجيل ، يعمل الباحثون على ابتكار نماذج تجريبية أكثر ثراءً وواقعية ، لملاحظة كيفية استجابة الخلايا العصبية لأنواع المهام الصعبة في العالم الحقيقي التي تدفع قدراتهم الجماعية. يقول فوسي: “إذا أردنا حقًا فهم الدماغ ، فلا يمكننا الاستمرار في إظهار الأعمدة الموجهة للقشرة”. “نحتاج حقًا إلى المضي قدمًا.”