카운트다운 2: 딕(The Dig)

DiG_logo_overlay오랜 시간이 지난 후에…

기다림은 이제 끝났습니다.

confetti2014년 10월에 아이와이어의 데이터 집합(data set) 내 한 지역에 있는 세포의 카운트다운, 카운트다운 투 뉴로피아를 시작했었습니다. 이 카운트다운은 2015년 7월에 끝났고, 그 후 여러분은 “다음 카운트다운은 언제인가?”하고 많이 궁금해 하셨습니다.

더는 궁금해하지 않아도 됩니다. 프린스턴 대학교의 우리 신경과학팀이 카운트다운을 위해 선별한 온전히 새로운 세포들을 배달해 주었기 때문이죠. 이 세포들 중 일부는 실험실 세포(Lab Cells)로 몇 달 전에 여러분이 이미 테스트하였던 것입니다. 선별되어 주어진 세포 묶음에 있는 각각의 모든 세포를 추적할 수 있도록 지금 우리는 데이터와 도구를 준비하였습니다. 우리는 정확히 얼마나 많은 세포가 망막의 표본 집단에 있는지 알지 못하기 때문에 이번 도전은 흥미롭습니다. 이 세포들은 굉장히 밀집되어 모여있는데, 너무 밀집되어있어 미리 세포체 수를 셀 수가 없습니다.

이를 위해, 본사는 이 일렬의 세포들을 “카운트다운(count-down)”이라고 하기보다는 “카운트-업(count-up)”이라 부르기로 하였습니다. 16 섹터로 만들어진 그리드(a grid)로 이 지역을 나누어, 안에서부터 밖으로 매핑합니다. 고고학 연구대상 지역처럼, 우리는 모든 뇌세포를 찾아 추적할 때까지 한 섹터씩 작업을 하게 됩니다. 따라서 이 과정을 “딕(The Dig, 발굴)“이라 부르기로 하였습니다.

countdown2_grid

각 섹터의 크기는 50 x 50 µm(마이크론) 입니다. 우리가 알기로 각 섹터에는 200개보다 많거나 적은 수의 세포가 있는데, 다시 말씀드리지만, 세포들이 다 구성되기 전까지는 확신할 수 없습니다. 하지만 딕(the Dig)이 완료되려면 적어도 우리가 2000개 세포를 매핑해야 한다는 뜻입니다. 여러분이 듣기에 너무 많은 숫자라고 생각된다면, 맞습니다! 우리가 현재 세포 완성 속도로 고려한다면 한 섹터를 마치는데 적어도 2달이 걸릴 것이며, 완전히 마치는데 2년이 넘는 시간이 걸릴 것입니다. 그러나 우리는 딕(the Dig)이 새롭다는 것 말고도 기대하는 점이 있습니다. 딕(the Dig)이 진행되면서, 아이와이어의 인프라(-스트럭쳐, infrastructure), 기술적인 기능(mechanics), 전체적인 사용자 경험(user experience)을 정기적으로 향상할 계획입니다. 이런 모든 변화는 게임을 좀 더 재밌게 하면서도, 세포를 상당히 더 빠르게 마칠 수 있게 할 것입니다.

즉… 정확히 전체가 몇 개의 세포인지 모르는 것처럼, 우리는 이 프로젝트가 정확히 언제 끝날지도 알 수 없습니다. 그러나 2018년까지는 끝나지 않을거라고 생각하면 됩니다! 그래도 우리가 얼마나 빨리 이루어 낼 수 있는지 기대해 봅시다.

또한, 페이스북에는 섹터마다 포토 앨범을 만들어 세포의 스크린 샷이 올라갑니다. 그래서 이후에 원한다면, 한 번에 한 섹터에 있는 모든 세포를 보실 수 있습니다.

딕 세포(Dig Cells)에서 기대할 점

  • 아이와이어에서 계속해서 가장 사랑받는 스타버스트 무축삭 세포(starburst amacrine cells)가 더 있습니다!
  • 양극성 세포. 실험실 세포(Lab Cells)를 테스트하고 난 후, 여러분들은 콜리플라워 모양의 세포들을 추적할 준비가 되었다고 우리는 확신하고 있습니다.
  • 대체로, 실험실 세포(Lab Cells)에서 본 것같이, 많은 수의 세포들은 작고, 혹이 있고, 망울(bouton)로 덮여 있습니다. 이전에 봐왔던 모습과는 전혀 다릅니다!
  • 고고학에서 가져온 단어들인데, 레벨 1(이전 미스터리)의 세포는 Artifacts(아티팩트, 유물)이라 부르고, 레벨 2(이전 라이트닝) 세포는 Relics(렐릭, 유적)이라고 부릅니다.
  • 섹터 번호와 세포 번호가 함께 세포에 번호를 부여합니다. 예를 들어, 섹터 2의 첫 세포는 Relic(렐릭) 2.1이며, 섹터 9번의 23번째 세포는 Artifact(아티팩트) 9.23입니다.

과학적인 추가 설명

Side views of EyeWire data. Top: Countdown Zones in the GCL vs The Dig Sectors in the INL. Middle: a type of GCs. Bottom: Displaced Starburst (blue), normal Starburst (red), and a BC (green).
아이와이어 데이터의 옆 모습. 신경절 세포층(GCL)에서 전체 카운트다운 지역 vs. 속핵층(INL)에서 딕(The Dig)을 위한 16개 섹터의 지역

쥐의 망막은 여러 층으로 이루어집니다. 그 층 중에서, 아이와이어는 신경절 세포층(Ganglion Cell Layer, GCL), 속핵층(Inner Nuclear Layer, INL), 내망상층(Inner Plexiform Layer, IPL)을 포함하고 있습니다. 이 층들은 위 사진에서처럼 샌드위치 모양 구조를 형성합니다. 위와 아래의 얇은 “빵 슬라이스(bread slices)”는 세포체의 층들이며, 세포체의 횡단면은 큰 원으로 나타납니다. 가운데 “발라져 있는(원문에서는 spread: 빵에 펴서 발라먹는 잼, 버터, 크림치즈 등을 spread라고 함)” 층은 모든 세포체로부터 가지들이 뻗어 나가는 부위이며 서로 엉켜 시냅스(synapses)를 구성하게 됩니다.

Side views of EyeWire data. Top: Countdown Zones in the GCL vs The Dig Sectors in the INL. Middle: a type of GCs. Bottom: Displaced Starburst (blue), normal Starburst (red), and a BC (green).
한 세포 종류(type)에 속하는 일곱개의 신경절 세포(GCs) 옆 모습

세포체 층 중 신경절 세포층(GCL)과 속핵층(INL), 이 두가지는 각기 다른 세트의 세포 과(classes)로 구성되어 있습니다*. 카운트다운 투 뉴로피아는 신경절 세포층(GCL)에 있는 세포를 목표로 하였습니다. 이 층은 신경절 세포(GCs) 세포체와 축삭(axons)을 포함합니다. 이 축삭(axons)은 광학 신경(optic nerve)을 형성하기 위해 한곳에 모여서 시각 정보를 눈에서부터 뇌로 전달하게 됩니다. 신경절 세포층(GCL)에는 “변위된(displaced)” 무축삭 세포(displaced Amacrine Cells, dACs)도 있습니다.

A displaced Starburst (cyan), a normal Starburst (yellow), a BC (pink), and a GC (green).
변위된 스타버스트(A displaced Starburst (청록색), 일반적인 스타버스트(a normal Starburst, 노란색), 양극성 세포(a Bipolar Cell(BC), 분홍색), 그리고 신경절 세포(a Ganglion Cell(GC), 초록색)가 방향 선택 회로를 구성함.

이번 딕(The Dig)에서는 “일반적인” 무축삭 세포(ACs)와 양극성 세포(BCs)의 세포체 층(cell body layer)인 속핵층(INL)을 우리는 정복합니다. 양극성 세포(BCs)는 내망상층(IPL) 밖에서 오는 유일한 입력 신호입니다. 양극성 세포(BCs)는 무축삭 세포(ACs)와 신경절 세포(GCs)에 흥분성 신호(excitatory inputs)를 제공합니다. 딕(The Dig)이 진행되는 동안 속핵층(INL)에 있는 세포들을 플레이하며 내망상층(IPL)에 있는 세포 회로를 매핑하기 위해 남아있는 나머지 절반의 세포를 마치게 될 것입니다.
(* 추가 설명: 즉, GCL은 GC와 dAC로 구성된 세트이며, INL은 AC와 BC로 구성된 세트입니다.)

위대한 과학

속핵층(INL)의 세포 몸체는 신경절 세포층(GCL)의 세포체보다 더 작습니다. 그리고 속핵층(INL)은 세포체 5~6개 정도의 두께인 데 비해 신경절세포층(GCL)은 세포체 1~2개 정도로 두껍습니다. 그 결과로, 같은 영역 크기에 대해 신경절 세포층(GCL)의 영역보다 속핵층(INL)의 영역에 세포체 수가 4~5배만큼 더 있습니다. 예를 들어, 카운트다운 존(Zone) 1은 27개의 세포를 가지고 있는데, 같은 크기의 속핵층(INL) 영역에는 118개의 세포가 있습니다.

신경절 세포층(GCL)에 얼마나 많은 세포체가 있는지 보여드리기 위해, 카운트다운 투 뉴로피아에서 완성된 데이터를 사용하여 만든 비디오를 소개합니다.

무축삭 세포(ACs)는 신경절 세포(GCs)보다 훨씬 더 변화의 폭이 큽니다. 어떤 무축삭 세포(ACs)는 가장 작은 신경절 세포(GCs)보다 더 작을 수 있고, 어떤 것은 가장 큰 신경절 세포(GCs)보다 더 클 수 있습니다. 세포 구조의 복잡한 정도나 플레이의 난이도 면에서는 비슷하다고 할 수 있습니다. 과학자들은 신경절 세포(GCs) 종류의 2~3배 정도로 많은 무축삭 세포(ACs) 종류가 있다고 추측하지만, 정확한 숫자는 알지 못합니다. 딕(the Dig)이 끝난 후, 그 숫자를 우리가 알아낼 수 있습니다. 따라서 게임을 즐기시며 과학자들을 잘 가르쳐 주세요.

첫 시작은 마라톤

한국 시간 1월 27일(수)에서 28일(목)로 넘어가는 자정에 1월 마라톤 세포와 함께 시작합니다. 마라톤에 대해 자세한 내용은 며칠 뒤에 블로그를 통해 알려 드립니다. 삽과 붓과 곡괭이를 준비하세요… 신경과학의 미래는 지금입니다!

So dig, very neuron
이제 파헤치세요, 바로 그 뉴런을.

 

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