นักวิทย์อัปโหลดสมองแมลงหวี่ สร้างปรากฏการณ์ครั้งใหญ่ในโลกอินเทอร์เน็ต

ให้ผู้คนดาวน์โหลดแผนที่สมองของแมลงหวี่มาทดลองเล่นภายในคอมพิวเตอร์ส่วนตัวได้อย่างอิสระ และทำให้สมองของแมลงหวี่กลายเป็นของเล่นชิ้นใหม่ของโลกอินเทอร์เน็ตไปโดยปริยาย

ทำไมเราจึงต้องศึกษาสมองแมลงหวี่?

คำตอบสั้น ๆ คือ “เล็กพอที่จะศึกษาได้ และใหญ่พอที่จะน่าสนใจ”

สมองของแมลงหวี่มีขนาดเล็กพอที่เทคโนโลยีในปัจจุบันจะถ่ายภาพและติดตามรอยเชื่อมต่อได้เกือบครบทุกเซลล์ แต่ก็ซับซ้อนพอที่จะก่อให้เกิดพฤติกรรมอันหลากหลาย ทั้งการมองเห็น การเคลื่อนไหว การแยกแยะกลิ่นและรส การเรียนรู้จากประสบการณ์ การจดจำสถานที่ การเลือกคู่ การหลบภัย และการปรับพฤติกรรมตามสภาวะภายในร่างกาย ซึ่งซับซ้อนกว่าสัตว์จำพวกไฮดราและหนอนตัวแบน

ด้วยเหตุนี้ ระบบประสาทของแมลงจึงกลายเป็นระบบทดลองสำคัญสำหรับนักวิทยาศาสตร์ที่พยายามทำความเข้าใจการทำงานของสมองและพฤติกรรมของสิ่งมีชีวิต เพราะหากเรายังอธิบายไม่ได้ว่าเซลล์ประสาทราวหนึ่งแสนเซลล์สร้างกระบวนการตัดสินใจของแมลงหวี่ได้อย่างไร การเริ่มต้นศึกษาจากสมองมนุษย์ซึ่งมีเซลล์ประสาทหลายหมื่นล้านเซลล์ย่อมยากกว่าหลายเท่า

แม้สมองของแมลงจะมีเซลล์ประสาทเพียงหลักแสนเซลล์ แต่การสร้างแผนที่โครงข่ายประสาทภายในสมองก็ต้องใช้เวลายาวนาน ในปี 2024 โครงการ FlyWire ได้เผยแพร่แผนที่สมองแมลงหวี่ตัวเมียตัวเต็มวัยชนิด Drosophila melanogaster ซึ่งประกอบด้วยเซลล์ประสาท 139,255 เซลล์ และจุดเชื่อมต่อมากกว่า 50 ล้านไซแนปส์ (synapse) ผ่านวารสาร Nature นอกจากรูปร่างและตำแหน่งของเซลล์แล้ว นักวิจัยยังจำแนกเซลล์ออกเป็นหลายพันชนิด พร้อมระบุข้อมูลเกี่ยวกับบริเวณสมอง ทิศทางการเชื่อมต่อ และสารสื่อประสาทที่เซลล์แต่ละกลุ่มน่าจะใช้

กว่าจะได้แผนที่สมองดังกล่าว นักวิจัยต้องนำสมองของแมลงหวี่มาตัดเป็นแผ่นแบนบาง จากนั้นใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนถ่ายภาพ ก่อนจะนำภาพจำนวนมหาศาลมาประกอบกลับเป็นโครงสร้างสามมิติ จากนั้นพึ่งอัลกอริทึมของ AI มาช่วยแยกแยะขอบเขตของเซลล์ และอาศัยพลังจากอาสาสมัครทั่วโลกมาช่วยกันตรวจสอบแขนงประสาทและแก้ไขข้อผิดพลาดด้วยมนุษย์

ผลลัพธ์ที่ได้จึงเป็นแผนที่สมองของแมลงหวี่ที่สมบูรณ์ที่สุดชุดหนึ่ง และพร้อมใช้เป็นพื้นฐานสำหรับการศึกษาและสร้างแบบจำลองสมองของแมลงหวี่ต่อไป

แผนที่สมองที่ไม่ใช่สมองของแมลงวันจริง ๆ

เมื่อกล่าวถึงแบบจำลองสมองแมลงหวี่ที่โครงการ FlyWire สร้างขึ้น หลายคนอาจเข้าใจว่าเป็นแบบจำลองของสมองแมลงหวี่จริง ๆ ในคอมพิวเตอร์และมีความสามารถในการคิดไม่ต่างจากก้อนสมองที่มีเลือดเนื้อ แต่ในความเป็นจริงไม่ใช่เช่นนั้น

สิ่งที่ทีมนักวิจัยสร้างขึ้นมีลักษณะคล้ายแผนที่ที่บอกว่าเซลล์ประสาทแต่ละเซลล์อยู่บริเวณใดในสมอง และแขนงของเซลล์แต่ละเซลล์เชื่อมต่อกับอะไรบ้าง แต่ยังไม่มีข้อมูลด้านปริมาณสารสื่อประสาทที่แต่ละเซลล์ใช้อย่างครบถ้วนหรือรายละเอียดว่าแต่ละเซลล์จะตอบสนองต่อสัญญาณประสาทอย่างไร ดังนั้น ข้อมูลดังกล่าวจึงเป็นเพียงแผนที่ตำแหน่งและการเชื่อมต่อของเซลล์ในสมองแมลงหวี่ ไม่ได้มีความคิดหรือความทรงจำของแมลงหวี่อยู่ภายใน

คล้ายกับแผนที่ของเมืองที่ให้ข้อมูลว่าถนนแต่ละสายเชื่อมต่อกันอย่างไร แต่ไม่ได้ระบุชัดเจนว่าถนนสายใดมีการจราจรติดขัด หรือทางแยกใดไม่มีสัญญาณไฟจราจร

ลักษณะของแผนที่สมองดังกล่าว เรียกว่า “คอนเนกโทม” (connectome) บอกได้ว่าเซลล์แต่ละเซลล์น่าจะส่งสัญญาณประสาทไปยังเซลล์ใด แต่ไม่ได้ให้ข้อมูลครบถ้วนเกี่ยวกับคุณสมบัติทางไฟฟ้าของเซลล์ หน้าที่ของไซแนปส์แต่ละจุด สภาวะทางเคมี การปรับเปลี่ยนวงจรด้วยฮอร์โมน หรือการเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากประสบการณ์ของสัตว์แต่ละตัว การทราบจำนวนเซลล์ประสาทและเส้นเชื่อมต่อของสมองจึงไม่ได้หมายความว่าระบบจะทำงานเหมือนสมองของแมลงหวี่ได้จริง

อย่างไรก็ตาม แผนที่นี้ยังมีประโยชน์ต่อการทำความเข้าใจและจำลองการทำงานบางส่วนของสมองแมลงหวี่ นักพัฒนาสามารถกำหนดกฎอย่างง่ายเกี่ยวกับการทำงานของเซลล์ประสาทแต่ละชนิด รวมถึงชนิดของสารสื่อประสาทที่เกี่ยวข้อง เพียงเท่านี้ก็สามารถจำลองสถานการณ์และศึกษาพฤติกรรมพื้นฐานบางอย่างได้แล้ว ซึ่งเป็นประโยชน์อย่างมากต่อการศึกษาด้านประสาทวิทยาศาสตร์

เมื่อข้อมูลสมองเผยแพร่บนอินเทอร์เน็ต ความสนุกจึงตามมา

FlyWire ไม่ได้หยุดอยู่เพียงการตีพิมพ์ผลงานผ่านวารสารวิทยาศาสตร์ แต่ยังเปิดข้อมูลและเครื่องมือให้บุคคลภายนอกเข้าถึงผ่านแพลตฟอร์ม Codex (ย่อมาจาก Connectome Data Explorer) ซึ่งทำหน้าที่คล้ายฐานข้อมูลและแผนที่สมองสามมิติ

การเปิดเผยข้อมูลทำให้คอนเนกโทมเปลี่ยนจาก “ผลลัพธ์ของโครงการหนึ่ง” ไปเป็นฐานข้อมูลที่นักประสาทวิทยาศาสตร์เลือกใช้บางส่วนมาศึกษาและทดสอบการทำงานของสมอง นักคณิตศาสตร์สามารถวิเคราะห์คุณสมบัติของเครือข่าย วิศวกรสามารถเขียนโปรแกรมจำลอง และนักพัฒนาอิสระสามารถนำวงจรประสาทไปเชื่อมต่อกับสภาพแวดล้อมเสมือนได้ โดยไม่จำเป็นต้องมีห้องปฏิบัติการหรือกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเป็นของตนเอง

ตรงนี้เองที่วิทยาศาสตร์อันจริงจังเริ่มไหลไปสู่สิ่งที่ดูคล้ายการละเล่น เช่น Stonkfly โครงการที่นำข้อมูลกราฟแท่งเทียนราคาซื้อขายของตลาดสินทรัพย์ต่าง ๆ มาแปลงเป็นค่าทางคณิตศาสตร์เพื่อป้อนเข้าสู่เซลล์รับภาพ จากนั้นจึงนำค่าสัญญาณที่ส่งออกมาจากเซลล์อีกกลุ่มหนึ่งไปตีความตามกฎที่ผู้พัฒนากำหนดขึ้นใช้งานการควบคุมการซื้อขายสินทรัพย์ หรือการเขียนโค้ดสร้างระบบเคมีจำลองขึ้นมาครอบทับโครงข่ายประสาทเพื่อดูแนวโน้มการตอบสนอง หรือการจำลองสมองแมลงวันเล่นเกมดูม (Doom)

กิจกรรมต่าง ๆ ที่ชาวอินเทอร์เน็ตนำมาทดลองล้วนไม่ใช่พฤติกรรมตามธรรมชาติของแมลง สิ่งเหล่านี้สร้างขึ้นเพื่อความสนุกและความอยากรู้อยากเห็นเป็นหลัก แต่แบบจำลองสมองของแมลงหวี่ก็ดูเหมือนจะตอบสนองต่อเงื่อนไขเหล่านี้ได้อย่างน่าสนใจ

อย่างไรก็ตาม แม้แบบจำลองสมองแมลงหวี่จะตอบสนองต่อข้อมูลดังกล่าวได้ แต่ไม่ได้หมายความว่าแมลงหวี่ตัวจริงจะเข้าใจกระบวนการซื้อขายหุ้นในตลาดหลักทรัพย์ การทำงานของแบบจำลองดังกล่าวยังอาศัยการตอบสนองของเซลล์ประสาทและระบบการให้รางวัลที่ผู้พัฒนากำหนดขึ้น

กล่าวคือ นักพัฒนาซอฟต์แวร์เป็นผู้กำหนดว่าระบบประสาทของแมลงหวี่จะตอบสนองอย่างไรเมื่อกราฟหุ้นขึ้นหรือลง รวมถึงกำหนดชนิดของสารสื่อประสาท ฮอร์โมน และเงื่อนไขว่าแบบจำลองจะได้รับโดพามีนเมื่อใด จากนั้นจึงปล่อยให้ระบบทำงานต่อไปตามกฎที่ตั้งไว้

การทำงานในลักษณะนี้จึงเป็นเพียงการทดลองเชิงคำนวณ และยังไม่ควรเรียกว่าเป็นการจำลองกระบวนการเรียนรู้หรือพฤติกรรมตามธรรมชาติของแมลงหวี่โดยสมบูรณ์

หากกล่าวอย่างตรงไปตรงมา นี่คือการสังเกตว่าระบบซึ่งเรายังไม่เข้าใจกลไกภายในทั้งหมดจะตอบสนองอย่างไรเมื่อเราป้อนข้อมูลบางอย่างเข้าไป คล้ายกับการศึกษาระบบแบบ “กล่องดำ” หรือ black box และทั้งหมดนี้เริ่มต้นขึ้นจากความสนุกและความอยากรู้อยากเห็นของผู้สร้าง

ถึงอย่างนั้น ของเล่นก็ยังมีประโยชน์

สมองของแมลงหวี่กลายเป็นของเล่นชิ้นใหม่ของโลกอินเทอร์เน็ตไปแล้ว แม้อาจดูไม่มีสาระและทำได้เพียงสร้างความขบขันให้แก่ผู้คน แต่ก็ไม่อาจปฏิเสธได้ว่าการทดลองเล่นเหล่านี้มีคุณค่าบางอย่างแฝงอยู่

คุณค่าของการทดลองดังกล่าวไม่ใช่ผลกำไรระยะสั้นจากการซื้อขายสินทรัพย์ การสร้างระบบซื้อขายอัตโนมัติ หรือการดูว่าแมลงหวี่จะผ่านเกม Doom ได้หรือไม่ แต่คือองค์ความรู้เกี่ยวกับการสร้างแบบจำลองสมองของแมลง เช่น เราจะเลือกเซลล์ที่ให้ค่าออกมาโดยไม่แอบใส่คำตอบที่ต้องการลงไปได้อย่างไร และจะพิสูจน์ได้อย่างไรว่าพฤติกรรมที่เห็นเกิดจากโครงสร้างของคอนเนกโทม ไม่ใช่จากกฎที่นักพัฒนากำหนดครอบไว้

นอกจากนี้ การเผยแพร่คลิปตลกเกี่ยวกับการจำลองสมองแมลงหวี่ยังช่วยดึงดูดผู้คนจากหลากหลายสาขา ทั้งคอมพิวเตอร์ ศิลปะ ฟิสิกส์ เคมี และอื่น ๆ ให้เข้ามาสนใจองค์ความรู้ด้านนี้มากขึ้น ยิ่งมีผู้ใช้งานระบบจำลองสมองแมลงหวี่มากขึ้นเท่าใด จำนวนผู้ที่มีทักษะในการสร้างและวิเคราะห์แบบจำลองก็ยิ่งเพิ่มขึ้นตามไปด้วย และอาจช่วยให้มนุษยชาติเข้าถึงองค์ความรู้ด้านประสาทวิทยาศาสตร์ได้มากขึ้น

ในโลกแห่งความเป็นจริง การพัฒนาเทคโนโลยีหรือองค์ความรู้ของมนุษย์ไม่ได้เกิดขึ้นอย่างเป็นเส้นตรง แต่เปรียบเสมือนการต่อจิกซอว์จากความรู้หลากหลายส่วนอย่างค่อยเป็นค่อยไป เมื่อเรามีชิ้นส่วนความรู้มากเพียงพอ สิ่งเหล่านั้นจึงอาจนำไปสู่ผลลัพธ์ทางวิชาการหรือเทคโนโลยีที่เราใช้กันอยู่ในทุกวันนี้

เมื่อเครื่องมือเช่นนี้เปิดให้สาธารณชนเข้าถึง ย่อมมีทั้งงานที่ตั้งใจตอบคำถามสำคัญและงานที่ทำขึ้นเพราะอยากรู้ว่า “ถ้าลองแบบนี้จะเกิดอะไรขึ้น” ด้วยเหตุนี้ เส้นแบ่งระหว่างการค้นหาคำตอบทางวิชาการ ความใคร่รู้ และความสนุกอาจไม่ชัดเจนอีกต่อไป

การค่อย ๆ เก็บสะสมความรู้ทีละเล็กทีละน้อยคือส่วนหนึ่งของกระบวนการสร้างองค์ความรู้ของมนุษย์ ไม่ว่าความรู้นั้นจะมาจากงานวิจัยอันเข้มงวดเพื่อประโยชน์ทางวิชาการ หรือจากการทดลองทีเล่นทีจริงด้วยการให้แบบจำลองสมองแมลงหวี่ซื้อขายสินทรัพย์เพื่อแสวงหาผลกำไรระยะสั้นก็ตาม

เรียบเรียงโดย จิรสิน อัศวกุล
พิสูจน์อักษร ศุภกิจ พัฒนพิฑูรย์

อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech