Elkészült az idegsejtek internetes enciklopédiája

Amerikai kutatók megalkották az idegsejtek Wikipédiáját. Sok ezer tudományos közleményből mesterséges intelligencián alapuló algoritmusok segítségével gyűjtötték ki a releváns információkat: az adatbázis segíteni fog az idegsejtek közötti, eddig rejtve maradt összefüggések felfedezésében is.


Hosszú évtizedek neurológiai kutatása és az egyre fejlettebb agyi képalkotó eljárások dacára megdöbbentően keveset tudunk arról, hogy az agyunkban működő idegsejtek hogyan alakítják ki a gondolatokat és idézik föl emlékképeinket. Az viszont biztosnak tűnik, hogy az összetett gondolkodásbeli (kognitív) tevékenység nem egy, hanem rengeteg idegsejt együttes működésének következménye. Ennek megfejtéséhez tehát nem elegendő az egyes idegsejttípusok élettani jellegzetességeinek izolált kutatása. Ehelyett rendszerszinten, egész agyterületek, sőt az egész központi idegrendszer viselkedését kellene egyidejűleg nyomon követni.

Ez az ötlet nem új, de olyan hatalmas és mindeddig külön tárolt adatmennyiség egyidejű kezelését igényli, hogy a technika fejletlensége miatt a legutóbbi időkig csak álmodhattak róla az idegtudósok. Az utóbbi években azonban a nagy adattömegek (közismert angol kifejezéssel: a big data) kezelésére számos formabontó, úgynevezett adatbányász algoritmust fejlesztettek ki, amelyek segítségével „felszínre lehet hozni” a sok szürke szikla közül a drágaköveket.

– A adatok egyre nagyobb mennyiségben állnak rendelkezésre a mérési módszerek fejlődésével. Az agy mind részletesebb féltérkepézésével, működése pontos időbeli regisztrálásával elemezhető adatok tömegéhez jutunk – mondja Telcs András, a Pannon Egyetem kvantitatív módszerek tanszékének vezetője. – E sok információ elemzéséhez modern statisztikai és adatbányászati módszerekre van szükség. Általában sémákat keresünk, idősorok alapján próbáljuk előrejelezni a viselkedést, és egyre inkább sok sejt együttes működését vizsgáljuk. Ehhez sokszor elosztott, sokszálas feldolgozás szükséges.

Az amerikai Carnegie Mellon Egyetem kutatói éppen ilyen adatbányászati technológiát használtak arra, hogy a neurológiai szakirodalomban az elmúlt évtizedekben közölt könyvtárnyi ismeretet rendszerezzék, olvasható a Science Daily online tudományos közlönyben. Az általuk kifejlesztett, tanulmányböngésző robotok szakcikkek ezreit olvasták el, hogy a több száz ismert idegsejttípusra vonatkozó élettani információkat könnyedén kutatható adatbázisba foglalták.

Ez az ismerettár bárki számára elérhető az interneten, a neuroelectro.org címen. Nathan Urban, az egyetem idegtudományi központjának igazgatója a kezdeményezésről elmondta, hogy a fő céljuk az volt, hogy elősegítsék az idegsejtek közötti kapcsolatok feltérképezését. Vannak ugyanis olyan agyterületek, amelyek neuronjairól viszonylag sokat tudunk, míg más régiók idegsejtjeiről szinte semmit. Az ismert neuronok tulajdonságait átlátva talán következtethetünk az ismeretlenek jellemzőire is.

Az adatbázis jelenleg főként az idegsejtek elektrofiziológiai tulajdonságaira koncentrál (a neuronok úgy kommunikálnak egymással, hogy nyúlványaikon keresztül ingerületnek nevezett elektromos impulzusokat adnak át szomszédaiknak). Az adatbányászó algoritmus minden cikkben megkereste az adott idegsejten végzett kísérletet részletező fejezetet. Kigyűjtötte, hogy hogyan ingerelték a sejtet (ez általában elektromos impulzust jelent) és az hogyan reagált a kezelésre. Ezután a kísérletek eltérő körülményeit értékelve standardizálta az adatokat, amelyek ezáltal összehasonlíthatóvá váltak.

Az automatizált módszerrel eddig mintegy száz különféle idegsejttípusról sikerült információt gyűjteni, ez az összes ismert neuron harmada. Természetesen a program időnként hibákat vét, így az adatokat ellenőrizni kell. Ezt meggyorsítandó tették szabadon szerkeszthetővé az adatbázist bárki számára.

A honlapot bemutató közleményükben azt is demonstrálják, hogy az egyre jobban kiépülő adatbázist mire lehet majd a jövőben használni. A hasonló elektromos aktivitásuk alapján máris több olyan sejttípus között találtak kapcsolatot, amelyek külön-külön már rég ismertek voltak, de eddig senkinek sem tűnt föl, hogy közük lehet egymáshoz.

Hasonló, neurológiai célú adatbányászati kutatások hazánkban is folynak.

– E módszerek az idegtudományi kutatások élvonalába tartoznak. Magyarország most zárkózik fel ehhez a vonulathoz -– tájékoztat Telcs András. – Pattern elnevezésű, több kutatóhely együttműködésével létrejött csoportunk a Nemzeti Agykutatási Program keretében is ezen dolgozik. Úgy tervezzük például, hogy a Központi Orvostudományi Kutatóintézetben a hipokampuszról képalkotási eljárásokkal kapott, majd elemzett adatokat meg fogjuk osztani a nemzetközi idegtudományi kutatóközösséggel. Sőt nemcsak az adatokat, hanem azokat az algoritmusokat is, amelyeket a soksejtes aktivitás elemzéséhez kifejlesztünk.

2015. április 1.