オープンスコープは神経科学者にアレン研究所の脳望遠鏡での時間を提供する

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シアトルに拠点を置くアレン脳科学研究所は、ハッブル宇宙望遠鏡の戦略に倣い、オープンアクセスの神経科学のための最新チャンネルを創設した。

ハッブル宇宙望遠鏡の研究者と同様に、同研究所はマウスの神経活動を観察するための実験プラットフォームへのアクセスを求める研究者からの要請を受け付けている。

プロジェクトのリーダーたちは、望遠鏡の時間をどのように配分するかを学ぶために、特にハワイのWMケック天文台の天文学界のリーダーたちと相談するまでになった。

「我々は、現在脳を観測する装置を備えている神経科学でも同じことをやろうとしている」と、アレン研究所の主任科学者兼所長のクリストフ・コッホ氏は本日のニュースリリースで述べた。

「私たちがここで行っていることは、前例のないことです」とコッホ氏は述べた。「空の暗闇を見つめるのではなく、脳の内側を見つめているのです。しかも、そのデータは信頼性が高く、統計的に妥当で、誰でもアクセスできるような方法で行っています。」

同研究所の光生理学部門シニアマネージャー、ジェローム・ルコック氏は、このプロジェクト名は「まさに言葉遊びだ」とGeekWireに語った。

OpenScope とは、プロジェクトのオープンソースの性質や望遠鏡のような動作モードを指すだけでなく、「コミュニティに開かれた顕微鏡」として機能するという事実も指していると彼は述べた。

「これは神経科学にとって重要な転換点です。…これは新たな道を示しています」とルコック氏は語った。

このコンセプトは、天文学者が世界クラスのハッブル宇宙望遠鏡レベルの観測を行うために独自の望遠鏡を製作する必要がないのと同様に、神経科学者がマウス実験用のインフラストラクチャを構築する仕組みについて検討する必要がないことを意味している。

「文字通り提案をすれば、1年でデータが得られる」とルコック氏は語った。

オープンスコープは、研究所の億万長者であるマイクロソフトの共同創業者ポール・アレン氏から3億ドルの資金提供を受けて2016年に設立されたアレン・ブレイン・オブザーバトリーへの外部研究者のアクセスを提供している。

この観測所は現在、マウスの視覚系に焦点を当てています。実験を行うために、研究所の研究者たちはマウスに様々な画像や動画を見せます。マウスは、活動時に光るニューロンを持つように遺伝子操作されています。これにより、研究者たちはマウスの頭蓋骨に開けた小さな窓を通して、様々な回路の脳活動を記録することが可能になります。

6万5000個以上のニューロンから収集されたデータは、すでにアレン脳観測所の公開データベースに登録されています。ルコック氏によると、実験では通常5匹から20匹のマウスを使用しますが、「私たちはこれよりもはるかに多くのことを行えます」とのことです。

「例えば、BioRxivに掲載されたばかりの最新の論文では、200匹のマウスが使用されました」と彼は述べた。「これはOpenScopeの強みです。なぜなら、このインフラを私たちが構築したからです。」

OpenScope アプローチを活用した最初の 3 つのパイロット実験は、Allen Institute からの全額資金提供を受けてすでに実施されています。

視覚的な学習

コロラド大学の生物物理学者ジョエル・ジルバーバーグ氏が率いるチームは、視覚システムにおける学習が脳の異なる領域間でどのように調整されるか、またそのプロセスが人工ニューラルネットワークで使用される学習方法とどの程度一致しているかを研究している。

オープンスコープは「予期せぬ状況に直面したげっ歯類がどのように学習するかを探るのに役立ち、脳の深部における功績の割り当てに関する疑問を解明する助けとなるだろう」と、モントリオール大学の機械学習の専門家でチームメンバーのヨシュア・ベンジオ氏は述べた。

他のチームメンバーにはティモシー・リリクラップとブレイク・リチャーズが含まれます。

生物学的認識

アレン脳観測所を用いて行われた最初の実験の一つは、オーソン・ウェルズ主演の映画「Touch of Evil（悪魔の接触）」の冒頭シーンなど、様々な題材を映した映画にマウスがどのように反応するかを研究した。アレン研究所のアントン・アルキポフ氏とウィスコンシン大学のジュリオ・トノーニ氏が主導した追跡実験では、全く逆の結果が得られた。

今回は、マウスに、恐れる生き物（ヘビや猫）と好きな生き物（「コオロギ…食べます」とルコック氏は言います）の写真を見せます。そして、マウスが見ているものを識別するためにどの視覚的特徴を頼りにしているかを特定するために、写真を微妙に変化させます。

他の研究チームメンバーには、ヤザン・ビレ、ウィリアム・マーシャル、ウィリアム・メイナーなどが含まれます。

経験の道

アレン研究所の研究員、マリーナ・ギャレット氏は、経験と期待が脳が特定の経路を用いて情報を表象する方法にどのような影響を与えるかを研究するチームを率いています。ギャレット氏と同僚のニコラス・ケイン氏、ライラン・ラーセン氏、ハンナ・チョイ氏は、視覚誘導行動中のマウスの脳活動をモニタリングし、これらの異なる経路がどのように作用するかを解明しています。

「うまくいけば、年末までに3つの実験すべてを終えることができるでしょう」とルコック氏は語った。

ルコック氏は、研究所が来月中にOpenScopeへの次回の提案依頼を発行する予定だと述べた。「現時点では、年間サイクルに移行しています」と彼は述べた。「来年の目標は、プロジェクト数を現状維持し、実験数を若干増やすことです。再来年、どのように展開していくかを見守りたいと思います。」

ポール・アレンが支援してきた他の科学プロジェクトと同様に、OpenScope はオープンサイエンスを重視しています。

「まずデータセットを収集し、その後、提案書を提出した人が基本的にリアルタイムでアクセスし、そして私たちが協力してデータセット全体を公開するというサイクルになると思います」とルコック氏は述べた。「研究にインパクトを与えたいのであれば、データを共有する必要があると思います。」