Раскрашиваем запутанные отростки зрительных нейронов в EyeWire вместе с биоинформатиком Марией Осетровой.

Всем привет, я Маша Осетрова, я работаю в проекте «Люди науки», пишу диссертацию о биохимическом составе мозга и уже полгода зависаю в онлайн-игре EyeWire — в ней добровольцы соединяют нейроны сетчатки глаза мыши, прокручивая кубики. Чем-то напоминает раскрашивание дудлов — абстрактных каракулей, но с пользой для науки. Передо мной на экране — нейрон, его запутанные дендриты и ветвящийся аксон.

Илл.: EyeWire

Игру EyeWire запустила 10 декабря 2012 года команда из лаборатории вычислительной нейробиологии Себастьяна Сеунга (Sebastian Seung) в Принстонском университете. В игре используются изображения с электронного микроскопа, полученные для сетчатки глаза мыши: каждый кубик сетчатки сканируют с высоким разрешением слой за слоем, а затем объединяют в 3D-изображение. Собственно, именно это и видят игроки: справа на экране срезы, а слева — 3D реконструкция кубика образца.

“Для решения загадок мозга требуется что-то более мощное, чем суперкомпьютер — и это ВЫ”

Задача волонтёров — отслеживать ветвящиеся отростки нейронов. По этим данным ученые хотят воссоздать коннектом (совокупность всех соединений нейронов) сетчатки глаза. Так исследователи смогут понять, как работает зрение, а в перспективе — и весь мозг. Проблема в том, что нервных клеток очень много, у каждой из них сотни или даже тысячи отростков, которые к тому же тесно переплетены. В каждом кубическом сантиметре мозга соединений нейронов — синапсов — больше, чем звёзд во всём Млечном Пути. Распутать этот клубок и помогают игроки EyeWire.

Чтобы вы оценили масштаб работы: время полной реконструкции одного нейрона современные вычислительные мощности позволили сократить до 50 часов (раньше требовались тысячи, буквально). Но это всё равно довольно много. Создатели EyeWire подсчитали, что 100 человек, работающих круглосуточно, смогут картировать весь мозг примерно за полмиллиона лет. Зато с помощью сотен тысяч волонтеров, каждый из которых выполняет небольшое задание, учёные рассчитывают успеть увидеть результаты до окончания карьеры.

Входим в лабиринт

Удобно, что игра браузерная — ничего скачивать и устанавливать не нужно, только зарегистрироваться на сайте eyewire.org или войти через свой аккаунт в Фейсбуке. Итак, смотрю на парящий в невесомости нейрон с множеством ветвящихся отростков, на фоне играет легкая, немного космическая музыка (которую, впрочем, можно отключить, если она мешает вам сконцентрироваться). Летающий нейрон можно покрутить, приблизить или отдалить и рассмотреть со всех сторон.

Илл.: EyeWire

Однако чем-то мне эта клетка не приглянулась, поэтому жму на «Change cell» и ищу другую — предлагают выбрать более простую или сложную или, например, ту, с которой сейчас играет больше пользователей. Наконец, вот он, нейрон мне по душе, пора переходить к анализу. Кнопка «Start playing» включает анимацию и переносит меня к первому кубику, через который проходят отростки этой клетки.

На игровом экране анализа появляются предобработанные данные с микроскопа, слева в 3D-формате, а справа — в 2D. Картинка среза немного похожа на переплетённые и слипшиеся в кастрюле спагетти на второй день существования. Наша задача — эти спагетти распутать, вернее, проследить, как отросток нейрона проходит через кубик, и раскрасить все его части. Синим цветом уже отмечено начало отростка.

Мне нужно просмотреть кубик слой за слоем и на 2D-изображении справа закрасить голубым продолжение отростка — оттенки цвета показывают, что уже было и что добавил игрок. После этого закрашенные участки появляются на 3D-картинке слева.

Илл.: EyeWire

Полезно время от времени покрутить кубик и убедиться, что отросток нигде не разорвался и не преломился — иногда, чтобы отследить все разветвления и повороты, приходится несколько раз проходить все слои кубика, сначала в одном направлении, а потом в обратном. Важно не пропустить ни кусочка и не выделить что-то лишнее — и за то, и за другое снимают баллы! А то, бывает, слегка промахнёшься при выделении, и открывается огромный отросток, который к этому нейрону ну точно не относится. А если совсем запутаешься, закрасишь что-то не то и не туда — можно переиграть этот же кубик или даже просто пропустить.

Размотаем нить

Ну вот, закончила выделять части нейрона, можно нажать на зелёную галочку внизу экрана и отправить свой результат. Сегодня я уверена в своей работе. Жду награды: количество очков за кубик зависит от его сложности, скорости и точности анализа. Первым мне попался кубик с простым отростком без разветвлений. Я справилась за пару минут, получила 50 баллов и попала в десятку в рейтинге за день — похоже, сегодня ещё мало кто успел поиграть. Игрок строчкой выше набрал только полторы сотни очков, еще пару кубиков, и мы сравняемся. Зато до первой строки в рейтинге уже несколько тысяч баллов, придётся потратить пару часов, чтобы его нагнать.

Заранее не всегда знаешь, сколько очков получишь: иногда за такой же с виду простой кубик, как у меня сегодня, почему-то начисляют совсем мало — бывало и 2, и даже 0. Тогда можно попросить «Review» и сравнить свои результаты с результатами других игроков. Зелёным цветом показывают то, что я выделила правильно, жёлтым — то, что должна была, но пропустила, а красным — то, что выделять не стоило. После работы над ошибками можно переходить к следующему кубику.

Слева внизу — игровой чат, инструмент помощи и мотивации: можно посоветоваться с опытными игроками. Там же всплывают уведомления о том, что кто-то из соперников получил только что столько-то баллов. Держит в тонусе! Рейтинг игроков постоянно обновляется, можно следить за своим продвижением после каждого обработанного кубика. Если какой-то пользователь вас заинтересовал своими достижениями, можно нажать на его ник и посмотреть профиль — как давно он играет, насколько хорошо и чего уже достиг. Мне нравится, что у игроков EyeWire принято рядом с ником ставить флаг своей страны — приятно видеть соотечественников в верхних строчках ежедневного рейтинга игроков. И не только ежедневного: за 2020 год Россия вошла в десятку лидеров и по количеству обработанных кубиков (9 место), и по суммарному количеству очков, заработанных игроками (8 место).

Илл.: EyeWire

Если хочется больше адреналина, можно поучаствовать в тематических соревнованиях, где каждая минута и каждый балл на счету. Они проходят регулярно, некоторые длятся всего пару часов («Счастливые часы» по четвергам и пятницам), другие занимают целые сутки — ежемесячные марафоны и соревнования между командами раз в две недели — или даже целую неделю и состоят из разнообразных мини-игр, например, «Неделя испытаний» раз в два месяца. Победители получают бонусные очки и значки из ограниченных серий, так что вашим достижениям сможет позавидовать любой айвайрерист (EyeWirer), как ласково называют своих игроков создатели проекта.

Итоги

Во-первых, это просто красиво. И полезно науке. И геймплей очень простой. И всё же EyeWire даёт удовольствие от последовательного прогресса, продвижения закрашенных частей отростка, от соревнований в личном или командном зачёте, от возможности больше узнать о нейронах и мозге вообще. Пусть это не захватывающая стратегия и не квест, зато имеешь дело с реальной жизнью, по мере погружения начинаешь замечать закономерности и особенности, находишь какие-то личные лайфхаки и обращаешь внимание на необычные нейроны.

Кроме того, как и в любом проекте гражданской науки, всегда есть шанс первым в мире обнаружить что-то новое. За время существования проекта волонтёры EyeWire успели обнаружить шесть неизвестных ранее типов нейронов, дать нескольким из них название и стать соавторами научных публикаций по нейробиологии.

Пирамидальные нейроны. Илл.: Anthony Hernandez, Seung Lab, EyeWire.

Но не верьте мне на слово, сходите в «цифровой музей» нейронов, обнаруженных игроками EyeWire, и прочтите статью в Nature о том, как нейроны сетчатки реагируют на движущиеся объекты.

Увидимся в рейтинге?