Studie enthüllt Details über die komplizierten visuellen Netzwerkformen bei Mäusen

Eine neue Studie an Mäusen hat nie zuvor gesehene Details darüber enthüllt, wie sich das komplizierte visuelle Netzwerk in ihnen bildet. Diese Forschung könnte zukünftige Forschungen zur Behandlung von angeborener Blindheit informieren. Aber angesichts der Parallelen zwischen biologischem Nervengewebe und digitaler künstlicher Intelligenz könnte diese Forschung auch Softwareentwicklern helfen, bessere und universellere künstliche Intelligenzen zu entwickeln.

Wenn Sie die netzartige Natur der Neuronen und Strukturen sehen könnten, aus denen das Gehirn und die sensorischen Systeme von Tieren bestehen, könnten Sie denken, dass es sich nur um ein zufälliges, kompliziertes Durcheinander handelt. Aber Forscher wie Neurowissenschaftler können dieses Chaos betrachten und nicht nur diskrete Strukturen ableiten, sondern auch ihre Funktionen ermitteln. Kürzlich haben Professor Kenichi Ohki und Assistenzprofessor Tomonari Murakami vom Institut für Physiologie der Universität Tokio und ihr Team eine bestimmte Formation untersucht, um zu erfahren, wie sie sich bildet -; das Visionssystem.

Die Augen, bestimmte Teile des Gehirns und das diese verbindende neuronale Netzwerk bilden das Sehsystem. Eine grobe Analogie könnte eine Kamera sein, die durch ein Kabel mit einem Bildschirm verbunden ist, den Ihr bewusstes Selbst beobachten kann. Aber eine genaue biologische Beschreibung dieses Systems ist extrem kompliziert.“

Tomonari Murakami, Assistenzprofessor, Institut für Physiologie, Universität Tokio

Murakami fügt hinzu: „Es gibt eine große Anzahl von visuellen kortikalen Bereichen, die in Schichten angeordnet sind, die eine Art hierarchische Struktur bilden. Diese Idee ist nicht neu, aber es war nicht bekannt, wie Verbindungen zwischen den frühen Stadien dieses Netzwerks bestehen, oder Während der Entwicklung bilden sich primäre Bereiche und Bereiche, die an der Verarbeitung visueller Signale beteiligt sind, oder höhere visuelle kortikale Bereiche. Wir wollten herausfinden, wie dies geschieht.“

Das Team untersuchte die sich entwickelnden Sehsysteme von Mäusen. Insbesondere betrachteten sie Bereiche, die als kortikale und thalamische Regionen bezeichnet werden. Indem es beobachtete, wie sich Netzwerke von Neuronen in diesen Regionen in neugeborenen Mäusen entwickelten und wann diese Netzwerke aktiv wurden, war das Team in der Lage, die Mechanismen, die das Wachstum des Sehsystems steuern, allgemeiner zu beschreiben.

„Als wir das immer dichter werdende Netzwerk von Verbindungen rechtzeitig aufzeichneten, sprang etwas heraus, das uns überraschte“, sagte Murakami. „Wir haben erwartet, dass das visuelle Netzwerk zuerst viele Verbindungen zwischen den kortikalen Bereichen bildet, was die hierarchische Struktur des gesamten Systems widerspiegelt. Aber tatsächlich bilden sich parallele Nervenbahnen von der Netzhaut in den Augen, die zu den kortikalen Bereichen führen, früher als diese.“ zwischen kortikalen Bereichen. Diese neue Tatsache ändert, was wir über diesen Bereich der kortikalen Entwicklung wissen.“

Diese Studie wurde nicht nur durchgeführt, um die Neugier zu befriedigen, sondern auch, weil Grundlagenforschung dieser Art die Grundlage zukünftiger medizinischer Forschung bilden kann, die das Leben der Menschen verbessern kann: in diesem Fall die Hypothese des Teams, dass ihre Forschung an Mäusen wahrscheinlich die visuelle Entwicklung erklären kann bei Primaten, einschließlich Menschen. Und dies wiederum könnte Forschern helfen, die angeborene Blindheit behandeln wollen.

„Es gibt ein weiteres Forschungsgebiet, das ebenfalls von dem lernen kann, was wir hier getan haben“, sagte Ohki. „Künstliche Intelligenz basiert oft auf digitalen künstlichen neuronalen Netzen. Diese sind normalerweise in mehreren Schichten strukturiert, was ihnen komplexe Funktionen verleihen kann. Aber jetzt, da wir gezeigt haben, dass zumindest einige biologische neuronale Systeme parallele Strukturen vor mehrschichtigen entwickeln, Software-Ingenieure könnte sich davon inspirieren lassen, mit neuen Designmethoden zu experimentieren. Es ist denkbar, dass dies ihnen bei ihrem Ziel helfen könnte, immer universellere Intelligenzen zu schaffen, die in der Lage sind, eine Vielzahl von Problemen zu lösen.

Quelle:

Universität Tokio

Referenz:

Murakami, T., et al. (2022)Modulare Strategie zur Entwicklung des hierarchischen visuellen Netzwerks bei Mäusen. Natur. doi.org/10.1038/s41586-022-05045-w.

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