Mały mózg muszki owocowej ma wymiary zaledwie 170 x 160 x 70 mikrometrów, a jego topografia to przełomowy krok w badaniu naszej świadomości.
Konektom muszki owocowej – kompletna mapa mózgu | fot. Johns Hopkins University
Konektom muszki owocowej – kompletna mapa mózgu | fot. Johns Hopkins University
Naukowcy są o krok bliżej zrozumienia świadomości dzięki stworzeniu pierwszej na świecie kompletnej mapy mózgu młodej muszki owocowej w wysokiej rozdzielczości. Jest to najbardziej złożony i skomplikowany konektom mózgu jakiegokolwiek zwierzęcia, jaki kiedykolwiek zbudowano i toruje drogę do rewolucyjnego rozwoju sztucznej inteligencji i neuronauki.
Mapa połączeń w mózgu jest zwieńczeniem pracy naukowców z University of Cambridge i Johns Hopkins University i jest to dopiero czwarty kompletny konektom, jaki stworzono do tej pory. Wcześniej zmapowano znacznie prostsze mózgi mikroskopijnej glisty Caenorhabditis elegans, larwalnego tryskacza morskiego Ciona intestinalis i robaka morskiego Platynereis dumerilii, ale zawierały one co najwyżej kilkaset neuronów i kilka tysięcy synaps (połączeń). A wcześniejsze konektomy muszek owocowych były tylko częściowymi obrazami.
Obrazowanie konektomu w wysokiej rozdzielczości larwy muszki owocówki Drosophilia melanogaster, pokazuje 3016 neuronów i 548.000 połączeń między nimi. Minęło dużo czasu od kiedy naukowcy pragnęli w pełni zmapować mózg owada, który ma wiele wspólnych cech biologicznych z człowiekiem.
Przełomowa praca trwała 12 lat, a zobrazowanie niezwykle skomplikowanych procesów jest imponujące. Najpierw zespół wykorzystał mikroskopię elektronową do wizualnego pocięcia mózgu sześciogodzinnej larwy samicy muszki owocówki wielkości ziarnka soli na tysiące sekcji.
Podczas gdy mikroskop elektronowy rejestrował obraz każdego wycinka, samo obrazowanie wciąż trwało dzień dla wszystkich z 3016 neuronów.
Wspólne badania przeprowadzone przez naukowców z Cambridge i Johns Hopkins z różnych dziedzin, w tym neuronauki, mikrobiologii i informatyki, doprowadziły do stworzenia pełnej mapy mózgu w wysokiej rozdzielczości. Obrazowanie pokazuje każdy neuron i połączenie oraz oferuje fascynujący wgląd w przetwarzanie myśli i zachowanie — na przykład w jaki sposób najbardziej ruchliwe obwody prowadziły do i od centrum uczenia się w mózgu.
Muszki owocowe mają złożone zachowania związane z uczeniem się i podejmowaniem decyzji i są jednymi z najlepiej zbadanych zwierząt pod kątem neurologicznym. Co więcej, mapa ujawniła cechy obwodów przypominające architektury uczenia maszynowego, które mogą zainspirować rozwój nowej sztucznej inteligencji.
Naukowcy pracują w tej chwili nad mapowaniem mózgu dorosłej muszki owocowej, chcąc porównać zmiany rozwojowe. Joshua T. Vogelstein, inżynier biomedyczny Johns Hopkins, powiedział, iż badania nad mapowaniem mózgu myszy są w toku i mogą zostać sfinalizowane w ciągu następnej dekady. Ale to monumentalne zadanie, którego rozmiar szacuje się na milion razy większy niż larwa muszki owocowej.
Obecne narzędzia obliczeniowe mogą śledzić miliony ścieżek neuronowych, ale nie biliony, które, jak się uważa, posiada mózg człowieka. Jest mało prawdopodobne, abyśmy gwałtownie poznali kompletny ludzki konektom – który prawdopodobnie odwzorowywałby klucze do naszej złożonej świadomości.
Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Science. Zobacz, jak skonstruowano konektom, i obejrzyj ostateczny imponujący model na poniższych filmach.
Kompletna mapa mózgu larw muszek owocowych
Kompletny zestaw neuronów w mózgu owada
źródło: Uniwersytet Johnsa Hopkinsa | New Atlas
