2016, en lidt forvirret gennemgang af neurovidenskab

I hvilke vi tæller ned 5 historier, du måske har gået glip af i 2016

Hej, og velkommen til den første årlige revision af Spike (ah, hubris, min gamle ven, godt at se dig igen). 2016 har været ret begivenhedsrig, eller sådan fortæller Twitter mig. Personligt føler jeg mig for Charlie Brooker. Hvordan i helvede skal han passe alt ind til en time på 2016 Wipe? Det vil være videomontage fra helvede, med lejlighedsvis nedskæringer til Charlies klodsede ansigt, alene i hans lejlighed, der gentager al vores frygt.

Så lad os være strenge med vores opgaver, så vi ikke vandrer ned på mørke stier. Vi er her for at tale det store, det grinende inducerende og det forfærdeligt i systemets neurovidenskab i 2016. Og i den videnskabelige bredere verden, der påvirker os alle, uanset disciplin.

Vi har til din delation:

5: Peer review er, undertiden, episk ødelagt 4: Naturen når en svækkelse - det maksimale levetidspapir 3: Systemets neurovidenskabsvåben går supernova 2: Den langsomme, smertefulde sammenbrud af Frontiers omdømme 1: Behandling af Alzheimers ved hjælp af et ødelagt tv?

Så hold dig fast på din yndlings-nedtællingsmusik, og læs videre. Har du ikke noget praktisk? Klik her [synes du om lidt klassisk tech-house til enhver tid (ja, det er en ting) i stedet? Her. Du må ikke banke planterne over med dine skrælende lemmer, når du har ramt spil]

5: Peer review er undertiden episk brudt.

Peer review. Du indsender et papir til en journal. Typisk gennemgår 2 til 4 af dine kolleger det papir og sender deres kommentarer tilbage til redaktøren. Kommentarerne er samlet, lejlighedsvist redigeret og sendt til dig til handling. Typisk er denne handling: sværger som en squaddie, der netop mistede hele sin uges løn på en hest, mens han fangede fingrene i en dør og droppede sin pint.

For undertiden er peer review dumt brudt. Af de mange bevisbøger i år tilbyder jeg en simpel prøve.

Bevis 1. Et papir blev offentliggjort i EMBO-tidsskriftet efter 5 år i gennemgang. FEM. Ikke alle i én dagbog, gudskelov. Den ældre forfatter var så vred, at han udsendte en pressemeddelelse, ikke for at glæde sig i den fordel, som hele menneskeheden vil få fra denne ene artikel, men om gennemgangsprocessen. Og hvor umenneskeligt forfærdeligt det er at håndtere ethvert projekt, der tør krydse grænser mellem discipliner. Vi føler hans smerte.

Bevis 2. Et papir blev afvist fra PLoS Computational Biology efter 4 runder med revision, fordi det ikke var "tilstrækkeligt med bred nok interesse" ud over "computational neuroscience". Indrømmet, redaktører er typisk travle akademikere og er kun menneskelige. Og redaktionelle standarder i tidsskrifter varierer afhængigt af hvilken redaktør, der er tildelt et papir. Men man føler sig tvunget til at påpege, at minimale redaktionelle standarder er blevet brudt her: (i) dens relevans burde have været åbenlyst fra dens første indsendelse; (ii) du har "computational" i den blodige titel på din dagbog.

Denne form for behandling får normalt forbeholdne, intelligente, omsorgsfulde mennesker til at blive ballade-ballistiske (jeg bogstaveligt talt bare tændt for Twitter for at få fat i dette nyeste eksempel). Hvorfor? Fordi mange års arbejde er hældt i disse individuelle papirer. Og folks karriere er afhængige af, at de bliver offentliggjort. Det er ikke godt at have offentliggjort dit papir 3 år efter, at du ikke længere har et job.

Betryggende opdagede vi, at selv Karel Svoboda får denne uforståelige crap fra korrekturlæsere af hans papirer. Mennesker, der beder om analyse og eksperimenter, der ikke er relevante for undersøgelsen. Folk, der hævder, at ”vi vidste allerede dette”, når vi tålmodig ikke gør det. Dårlige nyheder for ham; hjertelig nyhed for os mindre dødelige, som også er nødt til at tackle denne form for underhed.

Gentag efter mig: ”Jeg er en ansvarlig dommer. Jeg beder ikke om flere eksperimenter eller analyser, medmindre de er vitale - vitale - for at teste hovedhypotesen i papiret. Jeg beder ikke om flere eksperimenter eller analyser, bare fordi der er noget, jeg er nysgerrig efter. ”

“Jeg bruger heller ikke noget misbrug i mine anmeldelser”. Det er utroligt, at folk bliver fortalt dette.

4: Naturen når ned

Tidsskriftet Nature vises to gange på denne liste. Her er den dårlige post. De offentliggjorde et grusomt dokument, hvor de hævdede, at mennesker havde nået deres maksimale mulige levetid. Hvor slemt? Den hollandske avis NRC har kørt tre - en, to, tre - efterforskningsberetninger om, hvordan dette papir gjorde det til presse.

Lad mig give dig en smag af dens uundværlige forfærdelighed. Konklusionen, dens titel, hele grunden til at blive offentliggjort: Menneskernes maksimale levetid øges ikke. Denne konklusion er i figur 2a. Og det mislykkes grundlæggende statistikker. Hele argumentet er, at alderen på den ældste person, der døde hvert år, ikke går op. Her er deres plot:

Dette plot viser for hvert år, hvor gammel den ældste person, der døde, var. De to linjer monteres ved lineær regression. De monteres separat på de orange og lilla grupper. Bemærkninger: Data fra GRC-databasen, hentet fra NRC.nl-webstedet. Disse data findes i udvidede data, figur 6 i Dong et al-papiret. GRC-datasættet er et mere komplet datasæt end Dong et al, der blev brugt i deres figur 2a, hvilket Dong et al hævder viser de samme konklusioner.

Problemet? Hele deres konklusion er baseret på den anden, lilla linje: den går ikke op. Hvilket de sagde betyder: efter omkring 1990 er den ældste alder ved død ikke steget - hvis noget går den ned. Men det er fordi de planlagte to linjer i stedet for en. Hvorfor plottede de to linjer? Ingen ved; papiret siger ikke. Hvis vi bare plot dataene uden linjer, kan vi se, at den ældste alder ved død fortsætter med at gå op:

De samme data som ovenfor, uden linjer monteret.

Og hvis vi bare passer en enkelt linje til disse data, får vi ...

Samme data som ovenfor, men med en linje monteret på alle de data, der er sat sammen (ved hjælp af standard lineær regression, nøjagtigt det samme som i Dong et al 2016-papiret). For posten: R² = 0,44, P <0,00001

Der, et afsnit, og hele papiret er forfalsket. Ved hjælp af nøjagtigt samme metoder på nøjagtigt samme data kan vi nå den nøjagtigt modsatte konklusion: maksimal menneskelig levetid øges.

(Så hvad er sandt? Det er heller ikke sandt. Det er poenget: med kun et datapunkt om året kan vi ikke gøre nogen konklusioner stærke nok til at blive offentliggjort i en kvalitetsdagbog, hvad så meget som den karrierefremmende, almægtige , brutalt selektiv dagbog, der er Nature. Det skulle aldrig have været sendt til anmeldelse i første omgang, da det er ren skid).

Dette tog ca. 15 minutter. Det meste af det tog fat i dataene. Ting er, at naturen laver en stor støj af at have en permanent statistiker på personalet. Så de ikke dette papir? Værre, så de så dette papir?

[Opdatering 21/12/16: andre hold reagerede på dette papir ved hjælp af langt mere omhyggelige, dybdegående analyser og derefter mine - men alle med den samme konklusion: hvis noget den maksimale levetid øges.

Se Philipp Berens & Tom Wallis 'analyse og kode her

Læs Adam Lenarts forklaring ved hjælp af en faktisk model til dataene her]

3: Det teknologiske armløb inden for neurovidenskab er superopvarmning.

Det er to crap ting. Lad os få en lykkelig ting. Vi vil registrere så mange pigge, fra så mange neuroner på samme tid, som det er muligt inden for fysikkens love. Hvorfor? Fordi neuroner taler med hinanden ved hjælp af pigge, og disse pigge forårsager alt: at se, høre, bevæge sig, tænke. Så forståelse af pigge er at forstå hjernen.

I år har vi haft store spring fremad i: * Potentialet til at forstå aktivitet på tværs af hjernen på enkelt neuroniveau. Vi har haft mindst fire artikler om samtidig billedbehandling - filmoptagelse - tusinder af neuroner i forskellige regioner i cortex, fra: Svoboda; Chen & Helmchen; sur; og Spencer Smith. Med denne teknik kan vi en dag se informationsstrøm fra et område til et andet, se fornemmelse vende til handling, tænke vende til handling.

* Potentialet til at forstå, hvad en hel lokal hjerneregion laver. En anden tilgang er direkte at registrere hver neurons elektriske aktivitet. Hvilket har brug for elektroder. Problemet er, at deres elektriske aktivitet er meget svag. Så jo flere elektroder du kan trænge ind i hjernen, og jo tættere de kan komme til neuronerne, jo bedre vil du være i stand til at sortere signalet fra støj. Indtast: Neuropixels. Denne optagelsesteknologi, udviklet af Janelia Farm, og testet af Allen Brain Institute og UCL, propper næsten 1000 elektroder i 1 centimeter; så hver centimeter af sonden er i stand til at fange hundreder af neuroner ad gangen og hver spids fra dem. Et så tæt billede af den lokale aktivitet i cortex, som man kunne håbe på.

* Potentialet til at forstå, hvad der får neuroner til at skyde. Billedbehandling med calcium ser ikke pigge, men et indirekte mål for deres udseende. Optagelse af pigge fortæller os, hvilke neuroner der var aktive, men ikke hvad der fik dem til at være aktive. I en drømmeverden ville vi være i stand til direkte at forestille os alle neurons ændringer i spænding: ikke kun den (relativt) massive pigge, men alle de spændende flimre der går foran den, forårsaget af input til den neuron. Så kunne vi faktisk se, hvad der fik en neuron til at spike. Vi tog et dramatisk skridt nærmere dette eventyr i år. I begyndelsen af ​​december introducerede Mark Schntizers laboratorium verden for TEMPO, en metode til afbildning af spændingsændringerne på tværs af alle neuroner i et lille område. Med dette kunne de se, hvornår input til disse neuroner blev synkroniseret, og om disse input var hæmmende eller ophidsende. Og alt sammen i hjernen til en bevægende, tænkende mus.

(Til gengæld har denne form for teknologi fungeret i hvirvelløse dyr - igler, søslugs - i et par årtier. Og disse hvirvelløse fyre og gals er næsten på det punkt, hvor de kan registrere drømmen om spændingsflimre, der forårsager pigge. )

* At vide, hvor disse pigge går, efter at neuronet har sendt dem. Dette er den anden nøgle til at forstå hjernen ved at vide, hvilke neuroner der modtager hver besked. I år har vi haft offentliggørelsen af ​​Tony Zadors ærligt talt sci-fi RNA-stregkodningsteknik, som gør det muligt at spore individuelle forbindelser mellem utallige antallet af neuroner. Grundlæggende injicerer du syntetisk sekventeret RNA - stregkoden - i hver neuron, en unik sekvens i hver enkelt. Stregkode-RNA transporteres langs neuronernes aksoner, over synapserne og ind i cellelegemerne i målneuronerne. Så du tager hjerneområdet i målenden og sekvenserer RNA i hver cellekrop: når du finder den unikke RNA-stregkode - bingo! Paret af neuroner var forbundet. Vi kan endelig vide med sikkerhed, at en neuron videresender beskeder til en anden.

Hold på, hæng på, det siger ”potentiale” meget derinde. Hvorfor bare "potentiale"? Fordi disse teknologiske fremskridt kun er det første skridt. Det andet trin er at gøre noget videnskab med dem. Test en hypotese. Selvom det ville hjælpe, hvis vi havde nogle hypoteser at teste.

2: Den langsomme, irriterende kollaps af Frontiers 'omdømme.

Åh, Henry. Frontiers in Neuroscience lanceret i november 2007 med to enkle, men spændende * innovationer. (* Spændende til akademisk udgivelsesvindere). For det første blev hovedtidsskriftet understøttet af et sæt kun online specialtidsskrifter, ting som Neuralkredsløb og Computational Neuroscience. De bedste artikler i disse specialtidsskrifter blev opdateret til hovedtidsskriftet, hvilket sikrede, at samfundet besluttede, hvad der var godt, og hvad der ikke var. Dette var desværre ikke længe.

For det andet var - og er - gennemgangsprocessen helt online: hver korrekturlæser har deres eget forum, og forfatterne, anmelderen og redaktøren kan i princippet diskutere de ønskede ændringer, før de udfører dem. Dette skærer ned måneder med spildt tid med at sende skriftlige anmeldelser frem og tilbage via e-mail. Så når en anmelder skriver noget, du ikke forstår, kan du direkte spørge dem, hvad de betød. Dejlig.

Frontiers var også den første fuldt åbne neurovidenskabsbog: du betaler et gebyr, når du udgiver dit papir, og enhver kan downloade det gratis. Det så ud til at være fremtiden. Hvor dårligt tingene er gået galt.

Alarmklokker begyndte at ringe for et par år siden, da der natten over optrådte noget som 40 nye tidsskrifttitler på deres hjemmeside. Det siger med det samme: Vi er i det for pengene, ikke kvaliteten.

Mængden af ​​uopfordret kommunikation fra grænser har også været sky-raket, og inviterer forslag til særlige emner på den tyndeste form. Det siger med det samme: Vi er i det for pengene, ikke kvaliteten.

Jeffrey Beall sortlistede Frontiers i 2015 med den begrundelse, at de fungerer som et "rov" udgiver, der for at tjene penge på ikke at offentliggøre kvalitetsvidenskab. Og det er svært at diskutere med ham.

Og i år? Hvor skal man begynde? En liste: (1) De besøgte Jeffrey Bealls institution og skrev truende breve til hans arbejdsgivere.

(2) Rapporter om pres-salgstaktik, forretningssalgstil

(3) Rapporter om det redaktionelle pres for at vinke gennem frygtelige papirer for pengene.

(4) De offentliggjorde artikler om: (i) hvordan brød kan forårsage psykisk sygdom (ii) uforståelig gibberish (iii) mere uforståelig gibberish (iv) en særlig bizzare konspirationsteori (v) en anti-vaccinationsundersøgelse. En, der var baseret på en lille online-undersøgelse af mødre med hjemmeskolede børn og bad om deres mening om deres barns kognitive problemer. Dette blev trukket inden for få timer efter, at det blev sendt online.

[Hat-tip her til Leonid Schneiders utrættelige forfølgelse af dumgy praksis gennem videnskaben: læs hans undersøgelsesrapport her].

De centrale neurovidenskabelige tidsskrifter, der har været der siden starten, har haft deres omdømme uigenkaldeligt plettet. Endnu et lille område i akademia er forvrænget af penge.

1: Vi kunne behandle Alzheimers ved at se på et ødelagt tv?

For et par uger siden mislykkedes en anden højprofilet undersøgelse af en Alzheimers sygdombehandling elendigt. Stoppede i dens spor, fordi der ikke var nogen påviselig fordel ved at tage stoffet. Lægemidlet forsøgte at fjerne affaldsproteiner - beta-amyloider - fra hjernen. Men hvis det gjorde det, ændrede det ikke nedgangen i hukommelsen og evnen til at tænke.

Bleakness. Derefter, helt ude af venstre felt, dukkede et af disse "det er bare bonkers" -papirer i Nature (hoved forfatter af Hannah Iaccarino & Annabelle Singer, ledet af Li-Huei Tsai). Bonkers på en god måde: behandling af Alzheimers ved at se på en skærm. I en times tid.

Cortex, når det fungerer godt, har en stærk signatur, som vi kan registrere, selv med optagelser uden for hjernen (såsom EEG). Neural aktivitet på tværs af mange områder af cortex går kort op og ned 40 gange i sekundet, især når man er opmærksom på noget. Ved Alzheimers sygdom forstyrres denne signatur.

Så forfatterne tænkte “hey, hvad nu hvis vi sætter oscillationen 40 gange per sekund tilbage i? Ville det hjælpe? ”

Ja. Ja det ville det.

De tog nogle mus med noget svarende til Alzheimers. De sætter oscillationen direkte tilbage ved at stimulere specifikke neuroner i cortex, der ville overføre svingningen over alle de omkringliggende cortex. Da de gjorde dette, blev affaldsproteinerne skåret med halvdelen. Fedt nok.

(Men underligt. For hvordan i alverden skaber neuroner, der affyrer klare affaldsproteiner uden for neuronerne? Ingen ved det. Men nøglen er sandsynligvis de dårlige relationer i neurovidenskaben, cellerne i hjernen, der ikke er neuroner: glia Tænk på hjernen som et victoriansk landstedsdrama. I hovedhuset er aristokraterne, fester, sladrer, cavorting; gør til omverdenen alle de synlige støj og bevægelser. Neuronerne, sværmere i rampelyset. I pokey loft og takkælder, tjenerne, rengøring, forberedelse, rensning af skrald. Den stille glia. Alzheimers hjerne er som hvad der sker, når tjenerne går i strejke. Meget kort tid, hvælver aristokraterne i deres egen snavs, sultende, ude af stand til fest, sladder eller cavort. Langsomt dør af ineptitude. Antagelig i denne metafor er svingningen på 40 gange et sekund ækvivalent med at give tjenerne de hæve, de bad om).

Nu sker det så, at vi kan få cortex til at producere denne 40-gange-per-sekund svingning ganske let: vi viser det lidt lys flimrende ved 40-gange per sekund. Så forfatterne lagde deres mus i en kasse med sådan et lys og lod dem ligge i en time. Affaldsproteinerne blev skåret med halvdelen.

Hvis denne undersøgelse er sand, kunne vi behandle Alzheimers sygdom ved hjælp af nogle virkelig low-tech løsninger. Ingen piller, ingen operation, bare et flimrende lys.

At smide en derude. Du kan huske, at gode gamle katodestrålerør - fjernsyn og skærme, der vejer mere end en gorilla - opdateres 50 eller 60 gange i sekundet. Så hvis vi tager et af de gamle fjernsyn, og bryder det for at opdatere 40 gange et sekund, så har vi vores flimrende lys. Måske kan det endda arbejde med de højere satser på 50 og 60 gang pr. Sekund.

Det er et stort hvis. Der er allerede forslag til nogle problemer med dette papir. Ikke mindst det, som det er desværre typisk, at mange eksperimenter kun brugte en håndfuld dyr - så vi har ingen idé om, hvorvidt de observerede effekter er robuste eller ikke. Alligevel er der bogstaveligt talt ingen skade ved at prøve dette i en klinisk forsøg med en billig behandling uden bivirkninger. (Bortset fra, selvfølgelig, at der ikke er nogen penge at tjene her, fordi intet behøver at fremstilles og sælges. Så hvem finansierer forsøget?)

Og selvom det viser sig at være svampe, har papiret lagt en spændende idé derude: potentialet til at behandle Alzheimers uden overhovedet at skulle rodet med hjernen - ingen medicin, ingen kirurgi, ingen elektroder, bare enkel, daglig teknologi . Og det er en drøm, der er værd at forfølge.

Der var så meget mere. Marcus Meister brugte konvolutberegninger for at vise, at de seneste store påstande om at kontrollere neuronaktivitet ved hjælp af magnetisme ikke var fysisk muligt. Optogenetik fungerer nu - korrekt - i primater. Find ud af, at selv systemneurovidenskab har trold (elsker du ikke bare prosa, der er skrevet helt i ellipsis ...? Giver mere indsigt ... i forfatterens psykologiske ... fragmentering ... end ... et ... år af ... terapi).

Når Obama underskriver over 1,5 milliarder dollars for at finansiere de næste 10 år af BRAIN-projektet i en af ​​hans sidste handlinger som præsident, er der en god chance for, at der er mere spektakulære fremskridt, der kommer. Der er nu så mange nationale "hjerne" -initiativer, at tidsskriftet Neuron dedikerede et helt emne til at diskutere dem. Jeg overlader det til læseren at beslutte, om det er en god ting. Golden Age of Systems Neuroscience viser ingen tegn på at mindske.

Ønsker mere? Følg os på The Spike

Twitter: @markdhumphries