Traum-Experiment

Wie eine Periodische Tabelle der Gehirne Revolutionieren Könnte Neuroscience

Illustration: Jim Cooke , Ryan F. MandelbaumToday 9:15amFiled: brainsFiled: Gehirne

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Traum ExperimentThis Gizmodo-Serie fordert Wissenschaftler auf, sich vorstellen, Ihre perfekte Experimentieren, ohne die Ressourcen, die Zeit oder die aktuellen Grenzen der Technik.

Zwischen den Ohren sitzt vielleicht das komplexeste Stück von biologische Maschinen auf dem Planeten: ein all-in-one-computer, der simulator und die Schöpfung Gerät, das arbeitet, aus einer matschigen, gefalteten grauen Masse. Und Wissenschaftler sind nicht ganz sicher, wie es funktioniert.

Gül Dölen, assistant professor of neuroscience an der Brain Science Institute an der Johns Hopkins ist der Meinung, dass Neurowissenschaftler brauchen könnten, nehmen Sie einen Schritt zurück, um besser zu verstehen, diese Orgel, die sich in verschiedenen Formen in fast jede Art von Tier auf der Erde. Schneiden Sie ein paar Gehirne auseinander oder nehmen ein paar MRT nicht genug auf den Grund zu gehen, wie diese Organe funktionieren. Stattdessen könnte es erfordern eine vergleichende Ansatz; die meisten erweiterten Katalog überhaupt erstellt. Dölen, die vor kurzem Schlagzeilen gemacht für Ihre Arbeit geben, MDMA, Kraken, würde gerne sehen, Neurowissenschaftler band zusammen, um eine periodische Tabelle des Gehirns. Und nicht nur das menschliche Gehirn, aber alle Gehirne.

Sie erklärte Ihr großangelegtes experiment Idee Gizmodo:

“Das Periodensystem der Elemente ist bemerkenswert. Immer wenn ich es anschaue, bin ich erstaunt und überrascht alle immer wieder! Denken Sie daran: Nur durch die Kenntnis der Anzahl der Elektronen in der äußeren Schale eines atoms, kann man ableiten der physikalischen Eigenschaften des Elements, wie es ist, ein gas oder ein Metall, und was mehr ist, Sie können verwenden diese Informationen, um Vorhersagen über unbekannte Eigenschaften der Elemente, und sogar Vorhersagen, die Existenz von Elementen, die noch auf der Erde zu finden. Mit der periodischen Tabelle nicht lösen alle Rätsel der Chemie, aber es ist sicherlich gibt uns der äußere Rand des Puzzles. In der Neurowissenschaft haben wir gar nichts.”

Dölen gegenüber heutigen Neurowissenschaften “irgendwo zwischen die alten Griechen die Anerkennung der vier Elemente und der mittelalterlichen Alchemisten versuchen zu ändern Blei in gold.”

Wie klingt übertrieben? Nun, betrachten, dass neurowissenschaftlerinnen und-Wissenschaftler können sich nicht einmal einig über das Gehirn die grundlegendsten Informationen-tragenden Einheit. Vielleicht ist es das Durchschnittliche elektrische Feld, oder vielleicht ist es aktionspotentiale—die elektrische Leistung der einzelnen Gehirnzellen oder Neuronen. Vielleicht ist es die kombinierte elektrische Aktivität der Neuronen sammeln von den anderen Neuronen, die Sie verwenden, um zu bestimmen, ob Feuer oder nicht. Oder vielleicht die Chemikalien in den Zellen. Alle diese Ideen erfordern unterschiedliche Arten der Messung, wie Blut-flow-monitoring fMRI Maschinen -, action-Potenzial-Erkennung Elektroden -, Spannungs-sensoren für die Messung der elektrischen Aktivität vor einem neuron feuert, und protein-Detektion-Systeme. Dann gibt es das Blühende Feld der Genetik, die auch helfen, festzustellen, wie das Gehirn funktionieren könnte.

Aber vielleicht, diese verschiedenen Messungen sind nur ein Teil der vielen Eigenschaften, die Gehirne haben, müssen katalogisiert werden. Sie sind gleichwertige Eigenschaften wie, ob ein element ein Festkörper oder ein gas bei Raumtemperatur, wie viel Energie das atom braucht, um zu verlieren ein Elektron, dessen radius, die Atomare Gewicht, und die Konfiguration der Elektronen. Aber es gibt viele Arten von Gehirnen gibt. “Jetzt liegt unser Fokus auf nur 5 Arten (Menschen, Mäuse, Fische, Fliegen, Würmer), echt schränkt unsere Fähigkeit, die Muster zu sehen”, sagte Sie. “Es ist, als wenn Sie versuchen würden, herauszufinden, die Organisation des Periodensystems und sehen uns nur Wasserstoff -, Kohlenstoff -, helium -, Sauerstoff-und gold.”

Versuche zum erstellen von Allgemeinen Regeln, wie bestimmte Gehirn, können die Eigenschaften vorherzusagen Intelligenz oft auseinander fallen, Dölen erklärt. Wir haben einmal gedacht, dass die Größe des Gehirns Vorhersagen könnten, Intelligenz—aber Pottwale haben viel größere Gehirne als Menschen. Dann, dachten wir, das Verhältnis von Gehirn-Größe, das Körpergewicht würde sagen Intelligenz—aber Baum Spitzmäuse haben eine größere Größe-zu-Gewicht-Verhältnis als die Menschen. Sie wies darauf hin, dass massive datasets erlaubt Wissenschaftlern ein genaueres Bild. Zum Beispiel:

“Suzana Herculano-Houzel lab tatsächlich eine systematische Methode entwickelt, um die Anzahl der Neuronen, die über mehr als 500 Arten alle über den Baum des Lebens. Was Sie fanden, ist, dass, allgemein gesprochen, die Anzahl der Neuronen Skalen mit ‘Intelligenz’, und dass in verschiedenen evolutionären Linien, die Größe des Gehirns verbunden ist, entweder die Größe der Neuronen oder der Anzahl von Neuronen. So, zum Beispiel, vergleicht das menschliche Gehirn zu anderen Primaten, wie das Gehirn wird größer, die Zahl der Neuronen erhöht. Aber für Nagetiere wie Mäuse und Ratten, aber das Gehirn wird größer, die Größe der Neuronen größer wird. Diese große Datenmenge erlaubt es Ihnen auch, zu schauen, Beziehungen zwischen neuron Anzahl und Intelligenz, Langlebigkeit, Senilität, Sozialität, etc.”

Dölen verglichen diese Erkenntnisse auf die vergleichende Ansätze hinter dem Periodensystem einmal, finden Sie die richtigen Muster und line-up alles, die Tabelle selbst Vorhersagen treffen kann. Das war vielleicht die periodische Tabelle der tiefsten verwenden: einfach Durch die Anordnung der Atome in einer bestimmten Weise, basierend auf Ihren Eigenschaften, Chemiker Dmitri Mendelejew war in der Lage, genau die Vorhersage der Existenz und Eigenschaften der drei unentdeckte Elemente, basierend auf die Löcher in seinen Tisch. Dölen Hoffnungen auf eine massive Katalog von Eigenschaften, wie viele Gehirne von so vielen Arten wie möglich, angeordnet in einem vorbestimmten Reihenfolge, enthüllen bahnbrechende Erkenntnisse darüber, wie das Gehirn funktioniert.

Letztlich, unser Verständnis von Gehirn ist begrenzt durch unsere eigene Menschlichkeit. “Da können wir bauen Handys, aber die Mäuse können nicht, wir definieren Mäusen als weniger intelligent,” sagte Dölen. “Jedoch, im Vergleich zu Mäusen, Menschen sind Idioten, wenn es darum geht zu riechen Intelligenz (in der Tat Mäuse haben etwa 2.000 zusätzliche Gene für die Erkennung von Geruch im Vergleich zu Menschen). Ähnlich, Fangschreckenkrebse haben 14 Photorezeptoren im Vergleich zu unseren drei, und so sind wahrscheinlich eine viel größere visuelle ‘Intelligenz’, als wir es tun.”

Vielleicht sind es Dinge, die Menschen nicht immer den Umgang mit Köpfchen, wie Sozialität, das Sie tatsächlich führen zur Intelligenz, wie wir Sie verstehen. Und vielleicht wird es dauern, Futter all diese Gehirne und suchen nach mustern, um Universelle Regeln, wie Sie arbeiten.

Ein solches Projekt wäre ein riesiges Unterfangen erfordert Neurowissenschaftler auf der ganzen Welt zu ergreifen, einen standardisierten Ansatz zur Messung, wie viele details wie möglich aus so vielen Gehirnen wie möglich. Abgesehen von Massen-Organisation und die unglaubliche Menge an Routinearbeit, haben wir viele der benötigten Techniken bereits—aber, sagte Dölen, Wissenschaftler könnten nicht einmal wissen, welche Messungen sind wichtig für die Erstellung einer solchen Tabelle. Vielleicht sind neue Erkenntnisse aus der Zusammenstellung der Katalog würde führen zu neuen Messverfahren für weitere spezifische neuronale Eigenschaften. Vielleicht die Wissenschaftler, könnte auch die Nutzung der Gentechnik, um gentechnisch zu verändern, die Gehirne, um zu testen, Hypothesen, die sich aus der Tabelle.

Und in einer idealen Welt, würde die Tabelle beinhalten auch die alien brains zu sehen, wie universal diese Regeln bekommen können, sagte Dölen.

Wenn es wirklich universellen Regeln Führung, wie das Gehirn entwickeln und die Funktion, dass es mehr als ein paar Messungen von menschlichen Gehirnen, um Sie zu verstehen. Es wird die größte Tabelle, die jemals zusammengestellt. Die Auswirkung könnte sein, außergewöhnliche, von der Revolutionierung der AI zum Kurieren von Erkrankungen des Gehirns. “Wenn wir die Regeln, ich kann nicht einmal vorstellen, welche Spiele wir in der Lage sein würde zu spielen”, sagte Dölen.

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