Harward

Seeprakala aivosimulaattorissa

Ke, 08/27/2014 - 20:11 Toimitus
Seeprakala

Seeprakalat pelaamassa tietokonepeliä tieteen nimissä? Tällaista puuhataan Harvardin yliopistossa, jossa neurotieteen professori Florian Engert tutkii ryhmineen seeprakalojen aivotoimintaa.

Professori Engert opetti elokuussa Neurotieteen tutkimuskeskuksen ja Aivot ja mieli -tohtoriohjelman järjestämällä seeprakalakurssilla.

Tutkimuksessa seeprakalalle näytetään virtuaalista maailmaa. Kala siis kuvittelee uivansa todellisessa ympäristössään, vaikka todellisuudessa se pysyy paikallaan.

"Kalat ovat eräänlaisessa yhden hengen lentosimulaattorissa, ja pyrstö toimii niiden peliohjaimena", kertoo Engert.

Erityistä tutkimusasetelmassa on se, että siinä voidaan mitata seeprakalan koko aivotoiminta lähes aidossa tilanteessa. Tämä on mahdollista, sillä seeprakala on lähes läpinäkyvä.

"Kalan pää on kuin ikkuna, josta on suora näkymä millimetrin mittaisiin aivoihin. Nykyiset optiset laitteet pystyvät mittaamaan kalan koko aivotoiminnan".

Seeprakalan tutkiessa virtuaalista ympäristöään mittaavat optiset laitteet sen eri aivoalueiden aktivoitumista. Laitteet tallentavat kalan aivotoiminnan, jonka tutkijat analysoivat myöhemmin.

Engertillä on suunnitelmissa lisätä pelillisiä ominaisuuksia seeprakalojen tutkimukseen: "Olemme ajatelleet lisätä virtuaaliseen ympäristöön myös erilaisia objekteja, joita kalat voisivat jahdata. Voisimme tutkia sitä, mitä kalojen aivoissa tapahtuu, kun ne saalistavat."

Seeprakalat ovat tuttuja myös kotiakvaarioista. Luonnossa niitä on Kaakkois-Aasiassa, erityisesti Intian riisipeltojen ojissa ja lammikoissa, joissa vesi virtaa hitaasti.

Kehitysbiologit toivat seeprakalat ensimmäisinä tutkimuslaboratorioihin. Esimerkiksi yksilön kehitystä on pystytty tutkimaan kalan läpinäkyvyyden ansiosta. Pian muillakin aloilla huomattiin, miten helppoa on tutkia eläintä, jonka elimet näkyvät ihon läpi.

Ihan kaikkeen seeprakalat eivät taivu, sen sai Engert huomata yrittäessään tutkia seeprakalojen kestomuistia.

"On kuitenkin myytti, että kalat eivät oppisi mitään", kuittaa Engert, ja kehuu tutkimuskohteitaan itse asiassa viisaiksi eläimiksi.

Lue lisää: Yliopisto-lehti 1/2011: Seeprakalan aivot »

Juttu on lähes sellaisenaan Helsingin yliopiston verkkotoimituksen julkaisema artikkeli Aivot kuin ikkuna, jonka on kirjoittanut Tiina Palomäki.

Geeneistä supertehokas tietovarasto

Su, 09/01/2013 - 18:47 Toimitus
Ihmisen DNA-kierrettä

Ihmisten, muiden eläinten ja kasvien soluissa oleva DNA on tapa säilöä perimätietoa biologisesti – ja oikein hyvä sellainen. Kyseessä on evoluution kehittämä erittäin tehokas tiedon tallennustapa. Jos geenien tietotallennuskapasiteetti saataisiin hyötykäyttöön tietotekniikassa, niin muistien koko pienenisi ja luotettavuus paranisi olennaisesti. Lisäksi tiedon kopiointi kävisi erittäin kätevästi. DNA voidaan myös pakata kolmiulotteiseen tilaan piikiekkojen tai metallisten levyjen pintojen sijaan, ja DNA säilyy satoja tuhansia vuosia epämukavissakin olosuhteissa. Se olisi upea tiedon tallennusmedia.

Monet tutkimusryhmät pohtivatkin asiaa ympäri maailman, mutta nyt Harwardin yliopiston Wyss -instituutissa työsketelevät George Church ja Sri Kosuri, bioinsinööri ja geneetikko, ovat onnistuneet ottamaan tässä aimo askeleen eteenpäin. Viime viikon Science -lehdessä julkaistussa artikkelissaan he kertovat, miten he pystyivät parantamaan aikaisempaa ennätystä noin tuhatkertaisesti. Luku on nyt 5,5 petabittiä, eli noin 700 teratavua, tietoa yhdelle grammalle DNA:ta. Tämä vastaa noin 14 000 kappaletta Blue-ray -levyjä.

Koska luku on varsin suuri, kerrataan vielä: yhteen DNA-grammaan voidaan nyt tallentaa noin miljoonan CD-levyn verran tietoa. Jos maailman suurimman yksittäisen massamuistin, Cray-yhtiön Blue Waters -supertietokoneen 500 petatavua olevan tallennuskapasiteetin voisi korvata tällaisella DNA-muistilla, niin sen massa olisi noin 0,7 kiloa.

Luonnollisestikaan tekniikka ei ole ihan vielä käyttökelposta, mutta menetelmä toimii.

Periaate on yksinkertainen: siinä missä perinteisessä kovalevyssä bitit tallennetaan magneettisesti pyörivälle levylle, käytetään nyt DNA:n kaksoiskierteen muodostavia juosteita (kierteen puolikkaita), joiden typpiemäsyksiköitä (T, G, A ja C) koodataan binaarisesti siten, että T ja G vastaavat ykköstä ja A ja C nollaa. Tiedon lukeminen tapahtuu DNA-kartoituksella, eli "yksinkertaisesti" samaan tapaan kuin esimerkiksi ihmisen perimän avaaminen tapahtuu.

Tämä tiedon luku on tällä haavaa suurin pullonkaula DNA-muistin tekemisessä, sillä vielä muutama vuosi sitten geenitiedon kartoittaminen oli hidasta ja kallista. Nykyiset tekniikat ovat tehneet siitä jo niin arkista, että esimerkiksi ihmisen perimän kartoitus onnistuu nyt tunneissa. Tästä on vielä suuri matka siihen, että geenitietoa kartoitettaisiin samalla nopeudella kuin tietokone hakee tietoja massamuistilta.

Tätä päivitellessä kannattaa muistaa millaisia möhkäleitä olivat ensimmäiset kovalevyt ja kuinka muutamassa vuosikymmenessä aiemmin mahdottomalta tuntuneet tiedontallennustavat ovat nyt normaalissa käytössä; kenties 2020-luvulla kannamme mukananamme koko digitaalista arkistoamme, kaikkia ottamiamme kuvia ja videoita sekä kirjoittamiamme tekstejä, vain kuutiosentin muistiyksikössä. Tai sitten muisti, joka toimii myös tietokoneesi kovalevynä, sijaitsee kätevästi päässäsi, mistä myös aivot voivat poimia tietoa suoraan käyttöönsä...

Ja todennäköisesti tulevaisuus on vielä jotain huimempaa.

Alla on Harwardin tuottama video DNA-muistin tekemisestä.