Miben hasonlít az emberi agy és a világháló? Hány felnőtt ember kell a csecsemőkori agyfejlődés megismeréséhez? Miért jó MRI felvételeket nézni, és pontokat meg éleket rajzolni rá? Újabb érdekes kutatásnak adott otthont egyetemünk, ezúttal a neurológia területéről!
Az ELTE Matematikai Intézetének PIT Bioinformatikai Csoportja folyamatosan szállítja az izgalmasabbnál izgalmasabb kutatásokat, és szerencsére nem marad meg az akadémiai szinten, hanem gyakran ismerteti ezeket különböző, laikusoknak vagy kevésbé szakértőknek szánt fórumokon. Mostani kutatásukban Grolmusz Vince professzor, Szalkai Balázs doktorjelölt és Varga Bálint doktorandusz vettek részt, eredményeiket pedig a Scientific Reports közölte.
Egy egészséges agyról készült MRI felvétel.
forrás: radiopedia.com
Kutatásukban az amerikai Human Connectome Project által egészséges, 22–35 év közötti felnőtt emberek agyáról készített MRI felvételeket használták fel. A 415 különböző agyról készült képekre gráfokat (pontokból és közöttük húzódó élekből álló halmazok) rajzoltak. A gráfok csúcsai a szürkeállomány 1015 anatómiai egységei voltak. Két szürkeállománybeli terület között akkor futott él, ha a felvételeken látható, hogy közöttük idegrost fut. Ezek után azt vizsgálták, hogy különböző személyek agyához rendelt gráfokban mi a közös? Egyes élek milyen gyakorisággal találhatóak meg a vizsgált adatokban? Ehhez készítettek egy nagyon jó kis online felületet, ahol a kutatás minden adata megtalálható és a játékos kedvűek különböző szempontok szerint paraméterezhetik a gráfokat: megnézhetik, hogy férfi és női agyak gráfjai miben különböznek, mik azok az élek, amik a legtöbb vagy éppen legkevesebb felvételen voltak megtalálhatóak és még ezer meg egy dolgot állíthatnak, hogy messzemenő vagy kevésbé messzemenő következtetéseket vonjanak le maguknak.
Szerencsére nem kell nekünk találgatni, hogy mit kezdjünk ezzel az adathalmazzal, a kutatócsoportnak már elég sok ötlete van, hogy miképpen lehet felhasználni, elemezni az eredményeket. Az alábbi videón azt figyelhetjük meg, hogyan változik a gráf felépítése, ha először csak azokat az éleket rajzoljuk be, ami mind a 415 személy agyának gráfjában is jelen volt, majd azt, ami legalább 414-ben, és így megyünk egészen addig, míg a kutatás során feltárt összes létező él be lesz rajzolva az ábrába. Mire jó ez? Grolmusz Vince és csapata azt vették észre, hogy a lépésről lépésre megjelenő új élek nem véletlenszerűen tűnnek fel. Különböző számításokkal és modellezésekkel ezt sikeresen igazolták, sőt ennél továbbmentek, és azt is sikeresen belátták, hogy ez az eredmény nem az általuk használt minta tulajdonsága, hanem a választott adathalmaztól (a 415 ember agyáról készült MRI felvételektől) független. A kutatócsoport véleménye szerint, az ábra a csecsemőkori axonfejlődést is jól szimulálja. Azaz az újszülöttek agyában is ehhez hasonlóan, bokorszerűen alakulnak ki az új kapcsolatok a szürkeállomány különböző részei között.
Ezzel arra is fény derült, hogy az emberi agy fejlődése bizonyos szempontból nagyon hasonló a világháló „gyarapodásához”. A híres hálózatkutató, Barabási-Albert László bizonyította be először, hogy a két pont között megjelenő új él valószínűsége arányos a két pontból eddig kiinduló élek összegével (a két csúcs fokszámának összegével). Azaz, ha van három csúcsunk, és az elsőből 10, a másodikból 7 a harmadikból pedig 20 él indult eddig ki, akkor legnagyobb valószínűséggel az első és a harmadik között fog megjelenni egy új él a következő lépésben. A világháló is hasonló mechanizmussal működik. Nagyobb eséllyel jelenik meg az interneten egy új hivatkozás egy olyan oldalról (ha a weblapokat tekintjük a gráf csúcsainak a hiperhivatkozás pont egy élnek felel meg), amelyikről már sok hivatkozás van különböző oldalakról.
És az eredmények sora még nem ért itt véget, valószínűleg újabb témábavágó publikációk várhatóak a kutatócsoporttól 2018-ban is. És ki tudja, hogy milyen irányban indítják be a tudományt ezek az új eredmények? Vajon csak az emberi agy működését értjük meg tőle jobban, vagy akár újabb, egymástól látszólag nagyon távol álló dolgokat tudunk összekötni ezek segítségével, mint ahogy most sikerült felfedezni a világháló és az emberi agy közötti hasonlóságot?
A kiemelt kép forrása: elte.hu
