دودة مفتوحة

📅 آخر تحديث: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 5 صور
الموسوعة الحرة

OpenWorm هو مشروع علمي مفتوح دولي يهدف إلى محاكاة الدودة الأسطوانية Caenorhabditis elegans على المستوى الخلوي . [1] [2] [3] وعلى الرغم من أن الهدف طويل الأمد هو نمذجة جميع خلايا C. elegans البالغ عددها 959 خلية، فإن المرحلة الأولى هي نمذجة حركة الدودة من خلال محاكاة 302 خلية عصبية و95 خلية عضلية . ويسعى مجتمع OpenWorm إلى تحقيق هذه المحاكاة من الأسفل إلى الأعلى.

اعتبارًا من عام 2014، تم بناء محرك فيزيائي يسمى Sibernetic للمشروع وتم إنشاء نماذج للاتصالات العصبية وخلية عضلية بتنسيق NeuroML . يمكن الوصول إلى نموذج ثلاثي الأبعاد لتشريح الدودة عبر الويب من خلال متصفح OpenWorm. يساهم مشروع OpenWorm أيضًا في تطوير Geppetto ، [4] وهي منصة محاكاة متعددة الخوارزميات ومتعددة المقاييس تعتمد على الويب ومصممة لدعم محاكاة الكائن الحي بأكمله . [5]

خلفية:ديدان أليكية

الدودة الأسطوانية Caenorhabditis elegans هي دودة خيطية شفافة حرة المعيشة ، يبلغ طولها حوالي 1 مم، [6] وتعيش في بيئات التربة المعتدلة. وهي النوع النموذجي لجنسها. [7]

دودة Caenorhabditis elegans البالغة

تمتلك الديدان الأسطوانية C. elegans أحد أبسط الأنظمة العصبية بين جميع الكائنات الحية، حيث يمتلك نوعها الخنثوي 302 خلية عصبية فقط. وعلاوة على ذلك، فإن الشبكة العصبية الهيكلية لهذه الخلايا العصبية مرسومة بالكامل. يوجد أقل من ألف خلية في الجسم الكامل لدودة C. elegans ، ولأن C. elegans كائن حي نموذجي ، فإن كل منها له معرف فريد وأدبيات داعمة شاملة. ولأنها كائن حي نموذجي، فإن الجينوم معروف تمامًا، إلى جانب العديد من الطفرات الموصوفة جيدًا والمتاحة بسهولة، وأدبيات شاملة للدراسات السلوكية. مع وجود عدد قليل جدًا من الخلايا العصبية وتقنيات المجهر الكالسيوم ثنائي الفوتون الجديدة ، يجب أن يكون من الممكن قريبًا تسجيل النشاط العصبي الكامل للكائن الحي. لقد وفر التلاعب بالخلايا العصبية من خلال الأساليب الضوئية الوراثية ، جنبًا إلى جنب مع القدرات التقنية السابقة، للمشروع مكانة غير مسبوقة - الآن قادرًا على توصيف الديناميكيات العصبية للكائن الحي بأكمله بشكل كامل.

لقد أدت الجهود المبذولة لبناء نموذج حاسوبي لـ C. elegans ، على الرغم من كونه كائنًا حيًا بسيطًا نسبيًا، إلى ازدهار تطوير التقنيات التي ستجعل من السهل نمذجة كائنات حية أكثر تعقيدًا بشكل تدريجي.

مشروع OpenWorm

في حين أن الهدف النهائي هو محاكاة جميع سمات سلوك C. elegans ، فإن مجتمع OpenWorm يهدف في البداية إلى محاكاة استجابة حركية بسيطة: تعليم الدودة الزحف. للقيام بذلك، يتم وضع الدودة الافتراضية في بيئة افتراضية. يتم بعد ذلك إنشاء حلقة تغذية مرتدة كاملة: المحفز البيئي > النقل الحسي > إطلاق الخلايا العصبية الداخلية > إطلاق الخلايا العصبية الحركية > الناتج الحركي > التغير البيئي > النقل الحسي.

هناك تحديان تقنيان رئيسيان هنا: نمذجة الخصائص العصبية/الكهربائية للدماغ أثناء معالجته للمعلومات، ونمذجة الخصائص الميكانيكية للجسم أثناء حركته. تتم نمذجة الخصائص العصبية باستخدام نموذج هودجكين-هكسلي ، ويتم نمذجة الخصائص الميكانيكية باستخدام خوارزمية هيدروديناميكية الجسيمات الملساء .

قام فريق OpenWorm ببناء محرك يسمى Geppetto والذي يمكنه دمج هذه الخوارزميات وبسبب وحداته النمطية سيكون قادرًا على نمذجة أنظمة بيولوجية أخرى (مثل الهضم ) والتي سيتناولها الفريق في وقت لاحق.

كما قام الفريق ببناء بيئة تسمى NeuroConstruct والتي يمكنها إخراج الهياكل العصبية في NeuroML . باستخدام NeuroConstruct، أعاد الفريق بناء الشبكة العصبية الكاملة لـ C. elegans .

وباستخدام NeuroML، قام الفريق أيضًا ببناء نموذج لخلية عضلية. لاحظ أن هذه النماذج حاليًا لا تحاكي سوى الخصائص ذات الصلة بالاستجابة الحركية البسيطة: الخصائص العصبية/الكهربائية والميكانيكية التي تمت مناقشتها أعلاه.

الخطوة التالية هي ربط هذه الخلية العضلية بالخلايا العصبية الستة التي تتشابك معها وتقريب تأثيرها.

الخطة التقريبية هي أن نقوم بكلا الأمرين:

  • تقريب المشابك التي تتشابك مع تلك الخلايا العصبية
  • كرر العملية لخلايا العضلات الأخرى

تقدم

اعتبارًا من يناير 2015 ، لا يزال المشروع ينتظر مراجعة الأقران، والباحثون المشاركون في المشروع مترددون في تقديم ادعاءات جريئة حول تشابهه الحالي مع السلوك البيولوجي؛ ويقدر منسق المشروع ستيفن لارسون أنهم "قطعوا 20 إلى 30 في المائة فقط من الطريق نحو حيث نحتاج إلى الوصول إليه". [8]

اعتبارًا من عام 2021 ، لم يتم تحقيق محاكاة الدماغ بالكامل بعد. [9]

في عام 1998 أعلن باحثون يابانيون عن مشروع الديدان الأسطوانية المثالية. وقد تم تقديم اقتراح، ولكن يبدو أن المشروع قد تم التخلي عنه. [10] [11]

في عام 2004، بدأت مجموعة من هيروشيما مشروع C. elegans الافتراضي. وقد أصدروا ورقتين بحثيتين أظهرتا كيف أن محاكاتهم ستتراجع عن التحفيز الافتراضي. [12] [13]

في عام 2005، وصف باحث من تكساس محاكيًا مبسطًا للديدان الخيطية يعتمد على شبكة أحادية السلك تتضمن معالجًا رقميًا من نوع Parallax Basic Stamp ومدخلات حسية ومخرجات محرك. استخدمت المدخلات محولات تناظرية/رقمية 16 بت متصلة بخلايا عصبية محاكاة لمضخم تشغيلي ومستشعر درجة حرارة أحادي السلك. تم التحكم في مخرجات المحرك بواسطة مقاييس جهد رقمية ذات 256 موضعًا ومنافذ رقمية ذات 8 بتات. استند عمل العضلات الاصطناعية إلى محركات Nitinol. استخدمت حلقة تشغيل "الحس-العملية-التفاعل" التي أعادت إنشاء العديد من السلوكيات الغريزية. [14]

وقد تعرضت هذه المحاولات المبكرة للمحاكاة لانتقادات بسبب عدم واقعيتها من الناحية البيولوجية. فعلى الرغم من أننا نمتلك شبكة كاملة من الوصلات العصبية البنيوية، فإننا لا نعرف الأوزان المشبكية في كل من الوصلات العصبية المعروفة. ولا نعرف حتى ما إذا كانت الوصلات العصبية مثبطة أم مثيرة. وللتعويض عن هذا، استخدمت مجموعة هيروشيما التعلم الآلي للعثور على بعض أوزان الوصلات العصبية التي من شأنها أن تولد السلوك المطلوب. لذا فليس من المستغرب أن يعرض النموذج السلوك، وقد لا يمثل فهمًا حقيقيًا للنظام. [ بحاجة لمصدر ]

العلم المفتوح

يلتزم مجتمع OpenWorm بمبادئ العلم المفتوح . [15] وهذا يعني عمومًا أن الفريق سيحاول النشر في مجلات مفتوحة المصدر وإدراج جميع البيانات التي تم جمعها (لتجنب مشكلة درج الملفات ). والواقع أن جميع البيانات البيولوجية التي جمعها الفريق متاحة للجمهور.

بحلول منتصف عام 2024، ستكون عشرون منشورًا أصدرتها المجموعة متاحة مجانًا على موقعها على الإنترنت. [16] جميع البرامج التي أنتجتها OpenWorm مجانية تمامًا ومفتوحة المصدر. [17] [18]

كما تحاول OpenWorm تطبيق نموذج مفتوح تمامًا للتعاون العلمي. ويتألف الفريق من أي شخص يرغب في أن يكون جزءًا منه. وهناك أكثر من مائة "عضو" مسجلين في قائمة البريد الفني عالية الحجم. ومن بين الأعضاء الأكثر نشاطًا الذين يتم ذكر أسمائهم في المنشورات، هناك متعاونون من روسيا والبرازيل وإنجلترا واسكتلندا وأيرلندا والولايات المتحدة.

ولتنسيق هذا الجهد الدولي، يستخدم الفريق "اجتماعات المختبر الافتراضية" وأدوات أخرى عبر الإنترنت موضحة بالتفصيل في قسم الموارد. [19]

مراجع

  1. ^ تشيرغوين، ريتشارد (5 مايو 2014). "ما هذا الطفيلي الذي يتلوى داخل متصفحي؟ عشاق الديدان الخيطية يفتحون دودتهم على موقع Kickstarter". ذا ريجيستر .
  2. ^ Palyanov, Andrey; Khayrulin, Sergey; Larson, Stephen D.; Dibert, Alexander (2012-01-01). "نحو ديدان خيطية افتراضية: إطار عمل لمحاكاة وتصور الجهاز العصبي العضلي في بيئة مادية ثلاثية الأبعاد". في Silico Biology . 11 (3): 137–147. doi :10.3233/isb-2012-0445. ISSN  1386-6338. PMID  22935967.
  3. ^ Gewaltig, Marc-Oliver; Cannon, Robert (2014-01-23). ​​"Current Practice in Software Development for Computational Neuroscience and How to Improve It". PLOS Computational Biology . 10 (1): e1003376. Bibcode :2014PLSCB..10E3376G. doi : 10.1371/journal.pcbi.1003376 . ISSN  1553-7358. PMC 3900372. PMID 24465191  . 
  4. ^ جيبيتو
  5. ^ تاكاهاشي، دين (30 أبريل 2014). "Openworm سيكون كائنًا رقميًا في متصفحك". VentureBeat .
  6. ^ وود، دبليو بي (1988). الدودة الخيطية Caenorhabditis elegans . Cold Spring Harbor Laboratory Press . ص. 1. ISBN 978-0-87969-433-3.
  7. ^ سودهاوس دبليو، كيونتكي ك (2009). “سلالة التهاب الرهابديتيس تحت الجينوس كاينورهابديتيس (Rhabditidae، Nematoda)”. مجلة علم الحيوان النظامي والبحوث التطورية . 34 (4): 217-233. دوى : 10.1111/j.1439-0469.1996.tb00827.x .
  8. ^ شادبولت، بيتر (21 يناير 2015). "علماء يقومون بتحميل عقل دودة في روبوت ليغو". سي إن إن .
  9. ^ "محاكاة الدماغ بالكامل: لا تقدم في C. elgans بعد 10 سنوات". LessWrong . 1 أكتوبر 2021.
  10. ^ كيتانو، هيرواكي؛ هاماهاشي، شوغو؛ لوك، شون (أبريل 1998). "مشروع الديدان الخيطية المثالية: تقرير أولي". الحياة الاصطناعية . 4 (2): 141-156. CiteSeerX 10.1.1.25.8565 . doi :10.1162/106454698568495. ISSN  1064-5462. PMID  9847421. S2CID  12383326. 
  11. ^ كوفمان، جيف (2 نوفمبر 2011). "محاكاة الدماغ بالكامل والديدان الخيطية".
  12. ^ سوزوكي، ميتشيو؛ جوتو، تاكيشي؛ تسوجي، توشيو؛ أوتاكي، هيساو (2005). "نموذج جسم ديناميكي للديدان الخيطية C. elegans مع المذبذبات العصبية" (PDF) . مجلة الروبوتات والميكاترونيات . 17 (3): 318-326. doi :10.20965/jrm.2005.p0318.
  13. ^ سوزوكي، ميتشيو؛ تسوجي، توشيو؛ أوتاكي، هيساو (سبتمبر 2005). "نموذج للتحكم الحركي للدودة الخيطية C. elegans باستخدام الدوائر العصبية" (PDF) . الذكاء الاصطناعي في الطب . 35 (1-2): 75-86. doi :10.1016/j.artmed.2005.01.008. ISSN  0933-3657. PMID  16084704.
  14. ^ فرينجر، بول (2005). محاكي الجهاز العصبي البسيط للدودة الخيطية . مؤتمر هيوستن لأبحاث الهندسة الطبية الحيوية. ص 192.
  15. ^ موقع الجمعية الملكية، OpenWorm: نظرة عامة والتطورات الأخيرة في المحاكاة البيولوجية التكاملية لـ Caenorhabditis elegans، مقال بقلم Gopal P. Sarma وآخرون بتاريخ 10 سبتمبر 2018
  16. ^ موقع OpenWorm، المنشورات، تم استرجاعه في 18 سبتمبر 2024
  17. ^ موقع OpenWorm، التنزيلات، تم الاسترجاع في 18 سبتمبر 2024
  18. ^ موقع OpenWorm، تم استرجاعه في 18 سبتمبر 2024
  19. ^ موقع Frontiers، OpenWorm: نهج علمي مفتوح لنمذجة Caenorhabditis elegans، مقال بقلم Balázs Szigeti وآخرون، بتاريخ 3 نوفمبر 2014
  • الصفحة الرئيسية: OpenWorm
  • مجتمع OpenWorm
  • معالم بارزة.
  • سيبرنيتيك
  • جيبيتو
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=OpenWorm&oldid=1254142234"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate