Na łamach magazynu „Nature”  zespół z Princeton University i innych znanych ośrodków przedstawił wyniki istotnego eksperymentu w dziedzinie neuronauki.

Autorzy publikacji stworzyli mapę wszystkich neuronów i synaps (połączeń między neuronami) w mózgu muszki owocowej Drosophila melanogaster. Wcześniej tak dokładnie znana była tylko budowa mózgu nicienia C. elegans, który ma jedynie 302 neurony, a także larwy muszki owocowej, która ma ich 3 tys.

Mózg dorosłej muszki ma 140 tys. neuronów i 50 mln synaps.

Badacze podkreślają, że mimo oczywistych, kolosalnych różnic w budowie, geny Drosophila melanogaster są aż w 60 proc. takie same jak u człowieka. Także 3/4 ludzkich chorób genetycznych ma swój odpowiednik u muszki owocowej. Zrozumienie budowy mózgu owada można więc uznać za milowy krok w opracowaniu konektomu (mapy neuronów mózgu i ich połączeń) człowieka.

„To ogromne osiągnięcie” – stwierdza liderka projektu Mala Murthy. „Nie stworzono dotąd konektomu mózgu, żadnego dorosłego zwierzęcia, o takim stopniu złożoności” – podkreśla.

Dokonanie wymagało potężnych zasobów. W kierowanym przez ekspertów z Princeton, FlyWire Consortium brało udział prawie 300 naukowców z 76 laboratoriów, a także liczni ochotnicy, którzy pomogli w analizie zdjęć mikroskopowych.

„Pod wieloma względami to, co opracowaliśmy, przypomina atlas” – mówi dr Sven Dorkenwald z Princeton.

„Tak jak nikt nie chce jechać w nowe miejsce bez map Google, nie chcemy badać mózgu bez odpowiedniej mapy. Stworzyliśmy atlas mózgu i dodaliśmy do niego opisy ‘firm’, ‘budynków’, ‘nazw ulic’. Z takimi informacjami naukowcy będą mogli dokładnie nawigować po mózgu, który staramy się zrozumieć” – dodaje.

Podobnie jak mapa, która pokazuje każdą małą uliczkę oraz każdą autostradę, konektom muszki owocowej ukazuje połączenia w mózgu muszki w każdej skali.

Kluczową rolę w stworzeniu mapy odegrała sztuczna inteligencja, która pozwoliła na opracowanie ponad 20 mln mikroskopowych zdjęć.

„Zmapowanie całego mózgu stało się możliwe dzięki postępom w technologii SI. Rekonstrukcja całego schematu połączeń nie byłaby możliwa przy ręcznej pracy. To pokazuje, jak sztuczna inteligencja może posunąć neurobiologię naprzód” - powiedział prof. Sebastian Seung, jeden z naukowców kierujących projektem.

„Teraz, gdy mamy opracowaną tę mapę mózgu, możemy zamknąć pętlę, łącząc konkretne neurony z odpowiednimi zachowaniami” - powiedział dr Dorkenwald.

Badania te mogą, zdaniem naukowców, doprowadzić do opracowania spersonalizowanych terapii chorób mózgu.

„Pod wieloma względami mózg jest potężniejszy niż jakikolwiek komputer stworzony przez człowieka, a mimo to w dużej mierze nadal nie rozumiemy jego podstawowej logiki. Bez szczegółowego zrozumienia, jak neurony łączą się ze sobą, nie będziemy mieli podstawowego pojęcia o tym, co funkcjonuje prawidłowo w zdrowym mózgu lub co dzieje się źle w przypadku choroby” – podkreśla John Ngai, dyrektor U.S. National Institutes of Health’s BRAIN Initiative – instytucji, która sponsorowała część badania.(PAP)

Marek Matacz

mat/ bar/