Jeremy Freeman încearcă să simplifice știința complexă a creierului

Jeremy Freeman, 30 de ani
Neuroștiință
Institutul Medical Howard Hughes, campusul de cercetare Janelia

Jeremy Freeman iubește liniile curate și simple. Pentru a-i vedea înclinația către minimalismul estetic, nu trebuie să căutați mai departe decât site-ul său de rezervă, calm, care își schimbă încet culorile.

În trecut, această fixare cu stilul a virat ocazional spre extrem. În școala absolventă de la Universitatea din New York, „a decis că majusculele sunt urâte”, spune colaboratorul Corey Ziemba, neuroștiință la NYU. „El ar crea o marcă Freeman cu totul în minuscule.” Nici măcar bătaia de joc nemiloasă nu l-a putut descuraja, spune Ziemba.

Dar acest simț estetic de oțel înseamnă mai mult decât aspectul frumos. Semnifică o precizie și claritate în gândirea lui Freeman, spun colegii săi. „Vorbim despre complexanți și simplificatori”, spune Ziemba. „Jeremy este un simplificator extrem.”

Acum, la doar 30 de ani, documentele influente ale lui Freeman oferă indicii despre modul în care oamenii observă obiecte într-o mulțime, metode de a construi hărți gigantice ale celulelor nervoase ale creierului și perspective elegante asupra modului în care celulele nervoase ne lasă să vedem și să atingem. Ca lider de grup la Campusul de Cercetare Janelia al Institutului Medical Howard Hughes din Ashburn, Virginia, Freeman este cunoscut pentru dezvoltarea de programe de calculator care îi permit lui și colegilor să analizeze și să vizualizeze datele. Și-a îndreptat privirea simplificatoare către două provocări profunde, încurcate și foarte ambițioase: vrea să înțeleagă cum funcționează creierul. Și vrea să îmbunătățească modul în care se face știința pe parcurs.

Unul dintre marile proiecte ale lui Freeman este de a lucra cu colaboratori pentru a studia modul în care celulele nervoase din creierul șoarecilor răspund la atingere. În timp ce un microscop puternic se uită în creierul său, un șoarece aleargă pe o minge. Pereții mobili care înconjoară mouse-ul formează coridoarele unui labirint virtual, pe care mouse-ul îl simte cu mustățile sale. Mustatile trimit feedback catre creier, unde celulele nervoase modificate genetic stralucesc fluorescent in timp ce oamenii de stiinta privesc cu un microscop special conceput. Dezvoltată de colegul Janelia, Nicholas Sofroniew, metoda produce seturi de date uriașe care arată când și unde sunt active celulele nervoase.

Rolul lui Freeman în acest și în alte experimente practice a fost de a construi modalități mai bune de a înțelege munții de date. Cu un program de calculator numit Thunder, dezvoltat de Freeman și colegii săi, datele odată strânse peste noapte pot fi acum transformate în formă în câteva minute.

Această viteză nu este doar convenabilă. Cu acest feedback aproape instantaneu, un experiment poate fi schimbat iterativ, ghidat de rezultatele testului anterior, spune Freeman. Procesul „permite noi tipuri de experimente”, unele care sunt mai puternice decât încercările anterioare, adaugă Sofroniew. Deja, cu ajutorul lui Thunder, echipa a scos din încurcătura de date indicii interesante asupra tiparelor pe care le folosește creierul pentru a organiza informațiile tactile primite. Șoarecii urmăresc poziția pereților, de exemplu, bazându-se pe multe grupuri distincte de celule nervoase, grupuri numite butoaie.

Această abordare – obținerea de rezultate, modificarea experimentului, obținerea de rezultate noi și așa mai departe – pare evidentă, dar nu a fost ceva pe care oamenii o făceau în mod regulat, spune Freeman. Creierele, chiar și ale organismelor relativ simple, cum ar fi muștele de fructe, sunt pline de o mare varietate de celule nervoase care se pot comporta diferit în funcție de conexiunile, sarcina și chiar momentul zilei. Datele neuroștiințe pot deveni rapid dificil de gestionat. „Dacă nu te gândești la aceste lucruri cu atenție și nu folosești instrumente bune, lucrurile devin cu adevărat grele și ineficiente”, spune el.

În timp ce liniile curate pot descrie gândirea lui Freeman, cariera lui este cel mai bine descrisă prin linii care se leagă, adesea în moduri surprinzătoare și interesante. În orice zi, este la fel de probabil să analizeze seturi enorme de date de declanșare a celulelor nervoase, să dezvolte un program software care să ajute la vizualizarea datelor sau să organizeze evenimente de codare pentru comunitatea neuroștiințifică. CodeNeuro, pe care îl co-conduce, aduce oameni de știință în neuroștiință, oameni de știință în date, programatori și experți în vizualizare împreună pentru evenimente speciale, în San Francisco și New York City până acum.

„Întotdeauna am fost interesat de limitele disciplinelor”, spune Freeman. În calitate de student la Swarthmore College din Pennsylvania, el și-a spus drumul către o specializare care includea matematică, biologie și psihologie, persuadând puterile actuale să o numească neuroștiință, o specializare care nu exista acolo la acea vreme. „Devin neliniștit încercând să lucrez într-un singur balon, într-un spațiu conceptual. Îmi place să aduc idei noi din domenii noi și mă forțesc să fac asta.”

În ultimii câțiva ani, Freeman și colegii au renunțat la dezordine și au făcut noi conexiuni prin proiectarea de software care ușurează partajarea datelor. Unul dintre programele lor, numit Binder, permite cercetătorilor (sau jurnaliștilor, oficialilor guvernamentali sau oricui altcineva cu un set de date interesant) să-și împărtășească cu ușurință rezultatele, dar la fel de important, și modul în care și-au analizat setul de date.

Binder este menit să lupte împotriva complexității inutile care îi împiedică pe oameni să partajeze, spune Freeman. „Multe dintre sistemele din știință acum sunt din trecut”, spune el. „Sunt construite pe moduri foarte lente de a împărtăși informații, prin articole de jurnal. Trebuie să o avansăm. Trebuie să facem schimbul cu adevărat ușor și eficient.” Acest tip de comunicare deschisă este modalitatea de a face progrese rapide cu privire la marile întrebări cu care se confruntă oamenii de știință în prezent, crede el.

Oamenii de știință au folosit Binder în timpul întâlnirilor de laborator pentru a-i permite pe toată lumea să se ocupe de problema în cauză. Oamenii de știință Janelia l-au folosit pentru a completa rezultatele publicate cu o versiune reproductibilă a analizelor. „Jeremy dezvoltă instrumente software care îmbunătățesc știința altor oameni”, spune Karel Svoboda, un neuroștiință Janelia.

Atractia lui Binder se extinde si mai departe. Oamenii de știință au apelat la program pentru a elibera date din experimentul LIGO, care a făcut titluri la începutul acestui an prin descoperirea undelor gravitaționale. Chiar și jurnaliștii de la BuzzFeed l-au folosit pentru a-i invita pe alții să vadă și să exploreze analizele lor cu privire la datele privind refugiații din SUA. Binder, sau ceva asemănător, „va revoluționa în cele din urmă publicarea științifică”, spune Svoboda.

Dorința de a face analizele mai rapid și de a partaja mai ușor nu a venit de la un programator expert care și-a dat seama că poate face diferența. A venit de la o persoană care a văzut ineficiențe neplăcute și a vrut să le repare atât de rău încât a decis să învețe să codifice. „M-am forțat să învăț frânghiile”, spune Freeman. „M-am pus în mod deliberat în situații cu adevărat provocatoare. Mă bag peste cap și îmi dau seama cum să mă târăsc afară.”

Tendința lui Freeman de a trece de la un proiect la altul înseamnă că nu știe unde va fi peste 10 ani sau la ce va lucra – o incertitudine care l-a împins de ceva vreme. Gândurile sale pot trece adesea peste sarcina în cauză și admite că colegii se întreabă adesea: „Chiar faci ceea ce spui că îl faci…?” Deși interesele sale largi îl pot duce în zone neașteptate, un lucru este cert: odată ce ajunge acolo, mintea lui neconvențională va găsi – sau proiecta – o cale de urmat.