Helfer gesucht: Mit dem Spiel Mozak wird jeder zum Neurowissenschaftler

Nicolas Meudt Autor, Hemd & Hoodie

Das wissenschaftliche Entdeckungsspiel Mozak setzt auf freiwillige Helfer, um die Bauweise von Gehirnzellen zu entschlüsseln.

Die Neurowissenschaft hat ein Datenproblem. Der Grund: Bei ihren Bemühungen, das Gehirn zu verstehen, generieren Forscher immer größere Mengen an Daten. Allein bei einer Studie beispielsweise, bei der die bislang detaillierteste Karte des menschlichen Kortexes entstand, wurden 210 Hirne untersucht. Den Forschern zufolge entstanden dabei 30 Gigabyte Daten pro Teilnehmer, also insgesamt über sechs Terabyte, die bis ins kleinste Detail analysiert werden mussten.

Trotz der enormen Datenmengen können Forscher bislang jedoch lediglich Teilbereiche des Gehirns vermessen, nicht aber einzelne Neuronen in diesen Sektionen. „Neue Technologien haben es uns ermöglicht, dreidimensionale Bilder einzelner Neuronen zu erstellen. Unsere Fähigkeit, diese Gehirnzellen zu katalogisieren, ihre Struktur abzubilden und die Beziehungen zwischen ihnen zu verstehen, ist allerdings erschreckend langsam“, sagt Zoran Popović, der Leiter des Center for Game Science an der Universität von Washington. „Bei der Verarbeitung und Analyse der eingehenden Daten gibt es einen Flaschenhals“.

Spiel macht breite Öffentlichkeit zu Neurowissenschaftlern

Die derzeit effektivste Möglichkeit, diesen Engpass zu überwinden, besteht darin, auf die Macht der Masse zu setzen. Aus diesem Grund haben Forscher das Spiel „Mozak“ (deutsch: „Gehirn”) entwickelt. Dieses ermöglicht der breiten Öffentlichkeit, die Arbeit von ausgebildeten Neurowissenschaftler zu übernehmen. „Mozak ist eine großartige Gelegenheit für uns, mit Hobby-Neurowissenschaftlern zusammenzuarbeiten, um Fragen zur Vielfalt der Zelltypen im Gehirn zu beantworten. Sie helfen uns, unsere wissenschaftlichen Ziele schneller zu erreichen”, so Staci Sorensen, Morphologieforscherin am Allen Institute for Brain Science.

Mozak zeigt den Spielern ein vergrößertes volumetrisches Bild eines Neurons – dem Schlüsseltyp einer Gehirnzelle, der Informationen über das gesamte Nervensystem überträgt – und fordert den Betrachter auf, seine sichtbaren Zweige nachzuzeichnen. In anspruchsvolleren Bereichen können diese auch nur als unterbrochene Punkte erkennbar sein. Da viele Neuronen über sehr feingliedrige und weit verzweigte Strukturen verfügen, können menschliche Augen diese bislang noch weitaus besser erkennen als Computer. Den Forschern zufolge erreichen Spieler mit minimaler Beaufsichtigung und Unterstützung Rekonstruktionen, die zwischen 70 und 90 Prozent abgeschlossen sind. Selbst die effektivsten Softwareprogramme kommen hingegen kaum über 10 bis 20 Prozent heraus.

Mozak schafft Goldstandard für Neurowissenschaft

Zu den Besonderheiten von Mozak gehört, dass neue Spieler in Echtzeit Rückmeldungen von ausgebildeten Experten bekommen. So können sie innerhalb kürzester Zeit Fachwissen auf Weltklasseniveau erwerben. Ein weiteres Alleinstellungsmerkmal des Spiels ist, dass ein allgemeiner Konsens unter mehreren Spielern über die Form eines Neurons gefordert ist, was zu einer Art Goldstandard für Neuronen führt. Denn durch die Bereitstellung von Rekonstruktionen, die nicht nur von ein oder zwei Wissenschaftlern, sondern von einer ganzen Reihe an ausgebildeten und unabhängig arbeitenden Spielern validiert wurden, wird eine zuvor beispiellose Genauigkeit erreicht.

Mit Mozak schaffen Hobbywissenschaftler die Voraussetzungen dafür, dass eines Tages Künstliche Intelligenz und Computervision-Werkzeuge das Nachzeichnen von Neuronen übernehmen können. Bild: Mozak Brain Builder – (Screenshot)

Bislang ist es Neurowissenschaftslaboren gelungen, ungefähr ein Neuron pro Woche dreidimensional nachzuzeichnen. Mozak könnte diesen langwierigen Prozess enorm beschleunigen. Um neuronale Netzwerke vollständig zu entschlüsseln, müssen jedoch noch Tausende von Neuronen reproduziert werden. „Damit wir die Funktionsweise des menschlichen Gehirns verstehen, werden wir diese Aufgabe vollständig automatisieren müssen”, sagt Stephen Smith, Forscher am Allen Institute for Brain Science. Bevor es so weit kommen kann, benötigen die Wissenschaftler jedoch zunächst große Mengen an nachgezeichneten und annotierten Daten, wie sie von den Amateur-Wissenschaftlern mit Mozak produziert werden. Diese schaffen die Basis dafür, dass Künstliche Intelligenz und Computervision-Werkzeuge so trainiert werden können, dass sie eines Tages in der Lage sind, diese anspruchsvolle Aufgabe selbst zu übernehmen.

 

Cover-Foto: Youtube – CenterForGameScience(Montage/Screenshot)

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