Artikkel

Nå kan du simulere hjernen på mobilen

Fire stipendiater har laget en egen app, Neuronify, som kan simulere hjernen
Andreas Solbrå (t.v.), Svenn-Arne Dragly, Milad Mobarhan og Simen Tennøe har sammen med Anders Hafreager (ikke avbildet) laget appen Neuronify, som simulerer hjerneceller. Foto: Elina Melteig Bruk bildet.

Nå kan du simulere hjernen på mobilen

Med en app kan du lage ditt eget nettverk av hjerneceller. Nå er Neuronify blitt publisert i et vitenskapelig tidsskrift.

- Når det skjer mange ting samtidig, er det vanskelig å forstå hva som skjer ved å se på statiske illustrasjoner i en bok eller ved å få det forklart med ord, sier Svenn-Arne Dragly. - Vi begynte å lære om nevrobiologi og hjernen i starten av doktorgraden. Vi så fort at dette ville være lettere dersom det var mulig å ”se” hva som skjedde

Sammen med Andreas Solbrå, Simen Tennøe og Milad Mobarhan, som alle er fysikere, jobber Dragly med å lage modeller av hvordan hjernen virker. De oppdaget at det er flere som har forsøkt å lage undervisningsopplegg hvor du kan "se" hjernen, og dette ble inspirasjonen til å lage appen Neuronify. For ikke alt var like oppdatert.

- Ett program fungerte bare i Windows 98, forklarer Dragly.

Med andre ord var det potensial for fornyelse.

Lag en hjerne på mobilen

- Det vi jobber med, er å lage en modell for akkurat hva som skjer når nevronene (cellene i hjernen) sender signaler til hverandre. Dette fungerer på samme måte som andre elektriske signaler, og det er derfor mulig å sette opp en modell for hvordan det fungerer.

- Kan man lage en HEL hjerne i Neuronify?

- Den øvre grensen for hvor mange nevroner og nettverk man kan lage, er begrenset av kapasiteten på mobilen, forklarer Dragly. Det er nesten hundre milliarder nerveceller i menneskehjernen. Men han forteller at noen har laget en simulering av alle nervecellene i en flatorm - med en modell som ligner den de bruker i appen.

- Ormen har tusen celler, og noen hundre av disse er nerveceller. Prosjektet er åpent, og alle som har lyst kan logge seg på for å ”tukle” med flatormen.

Systemet i Neuronify er enklere enn den virkelige hjernen, men prinsippene er de samme, forklarer Dragly. Dersom noe virker i et lite nettverk, kan man se for seg at det virker i et større nettverk, slik som i hjernen.

Simuleringer vil revolusjonere undervisningen

Da de fire fysikerne begynte på doktorgraden, måtte de først ta fag i nevrobiologi. Det var der de så behovet for å lage et program som var lett å forstå og som kunne illustrere viktige prinsipper som er vanskelige å forklare ved hjelp av en lærebok. Sammen med en medstudent på fysikk, Anders Hafreager, laget de derfor Neuronify. Appen er først og fremst ment som et verktøy for å studere enkle nettverk. Enn så lenge har ikke den kunstige ”mobil-hjernen” intelligens.

- Er det noen mulighet for å simulere en tanke?

- Det er mulig å simulere hva som skjer i forbindelsen mellom et gitt antall nerveceller. Vi ser på hva som skjer og hvordan cellene oppfører seg, men jeg vil ikke si at disse nervesignalene resulterer i en tanke, forklarer han.

Dragly mener at Neuronify på sikt også kan brukes i forskning, ved at man kan gjøre enkle simuleringer i appen først. På denne måten kan man spare tid – og penger. Samtidig vil det bli enklere å undervise i komplekse temaer når studentene selv kan gjøre simuleringer. I stedet for å bli fortalt hva som skjer, kan de selv se og teste ut hva som skjer med ulike innstillinger.

Vil du har flere forskningsnyheter om realfag og teknologi? Abonner på vårt ukentlige nyhetsbrev(link is external) eller følg oss på Facebook.

Skriver lærebok i nytt biologifag

Men hvorfor gi seg med en app når man også kan lage lærebok? Dragly og de tre andre fysikerne er for tiden opptatt med å skrive en lærebok til et fag det skal undervises i første gang høsten 2017. I dette faget vil studentene i biovitenskap (tidligere biologi og molekylærbiologi) lære å bruke programmering til å lage modeller på egenhånd. Der er det ikke hjernen som blir simulert, men alt fra hvordan rovdyr påvirker antall byttedyr til hvordan vårt DNA er satt sammen.

Faget er unikt i sitt slag, og trolig er UiO de første i verden som tilbyr denne typen kompetanse i første semester av biologistudiene.

Har vunnet priser

Allerede mens Neuronify var i sin spede utviklingsfase, fikk stipendiatene Idéprisen av Inven2 og Ole Petter Ottersen i 2015 - for apper til bruk i utdanning.

To år senere er appen gratis tilgjengelig for alle til Android, iOS, Windows, Mac og Linux, og den er lastet ned over 28 000 ganger.

- Vi ser for oss at vi skal utvide appen med mulighet til å dele nettverk, oppgaver og nye typer celler med andre, samt få tilbakemeldinger på disse. På denne måten kan en som underviser sette opp en modell og dele den med studentene sine og lærere andre steder, utdyper Dragly.

Dragly forklarer at en slik delefunksjon for dem som bruker appen kan utvide bruken av den. I tillegg kan man lage fora hvor forskere og andre kan diskutere problemstillinger og dele erfaringer. I tillegg ønsker de å legge inn en mulighet for at nettverkene kan lære ved at koblingene mellom nervecellene endrer styrke basert på ytre påvirkninger, på samme måte som i vår egen hjerne.

- Hvordan har dere tid til alt dette?

Appen startet som et sideprosjekt ved siden av våre opprinnelige prosjekter på doktorgraden. Den er et resultat av en god blanding av fritid og akademisk interesse. Vi begynte å bruke mer tid på det da vi så at det var interessant også for andre. Nå er den publisert som en vitenskapelig artikkel og vil inngå som en del av doktorgraden vår.

- Skal dere ta patent?

- Neuronify lar seg nok ikke patentere, for det er ikke en ny algoritme eller metode. Vi har bare gjort eksisterende modeller lett tilgjengelige. Vi kunne nok solgt det som et produkt, vi fikk jo idéprisen for appen. Men vi ønsket ikke kommersialisering fordi vi mener potenisialet for Neuronify er større dersom den er åpent tilgjengelig for alle.

LES OGSÅ: Vanskelig å forstå hvordan hjernen virker, sier du? En sammenligning med batterier, stikkontakter og kraft kan hjelpe.

Bruker kunnskap fra egen app i arbeidet videre

Når han ikke skriver lærebok og programmerer i appen, er Svenn-Arne Dragly egentlig stipendiat i gruppen til Marianne Fyhn. Oppgaven hans går ut på å sammenlikne bilder av hjerneceller med modeller han har laget. Når man forsker på hjernen, kan man nemlig bruke fluorescerende proteiner til å se hva som skjer i den.

Dessverre er det slik at det er begrenset hvor detaljert man kan se disse proteinene. Derfor lager Dragly en modell for hvordan det er mulig å beregne hva man vil kunne se. Forskerne sparer mye tid og penger på å gjøre pilotforsøk på datamaskinen.

- Hvor mye kan man lære av eksperimentet man er i ferd med å sette opp? Hvor mange celler kan man forvente å finne? Kan man slippe å gjøre et prøveeksperiment? Hvor gode bilder kan man få? Du kan også stille spørsmål om hypotesen kan besvares av eksperimentet. Dette kan gjøre forskningen mye mer effektiv, forklarer Dragly.

Han forklarer også at tilsvarende modeller blir brukt av mange, men at de ofte er kompliserte å sette seg inn i. Fordelen med appen er at den er enklere å bruke for dem som ikke har erfaring med programmering. Dermed blir denne måten å jobbe på tilgjengelig for flere.

Kontakt:

Svenn-Arne Dragly, stipendiat ved Fysisk institutt

Les mer:

Neuronify: An Educational Simulator for Neural Circuits

Mer på Titan.uio.no:

Skriv ny kommentar

Verifiser deg (din epost-adresse vil ikke bli vist offentlig)

Les også

Kari Kveseth, spesialrådgiver ved Kjemisk institutt

– Nå er det på tide med en nobelpris igjen!

Nå planlegges feiringen av 50-årsjubileet for den eneste helnorske naturvitenskapelige nobelprisen. – Det er verdensmesterskapene vi må sikte mot! Da må forskerne våre kanskje starte i kretsmesterskapene for å øve seg, men vi må hele tiden sikte høyere, sier Kari Kveseth.

Planteplankton

Fra mutasjoner til mangfold

Tidlige mutasjoner hos dyreplankton er oppdaget av UiO-forskere. De omtales som "koder for selve reisverket i cellene til så godt som alle levende organismer".