Fantastični možgani vinske mušice

Raziskovalci so izdelali najbolj popoln »zemljevid« možganov katerega koli bitja na svetu. Gre za možgane vinske mušice (Drosophila melanogaster), vključuje pa skoraj 140.000 nevronov in zajema več kot 54,5 milijona sinaps, ki so povezave med živčnimi celicami. 

To je izjemen dosežek, ki bi po mnenju raziskovalcev lahko temeljito spremenil nevroznanost in utrl pot v nova spoznanja, kako možgani oblikujejo vedenje. 

Morda se res zdi, da možgani neke mušice ne morejo biti ravno zalogaj, saj so veliki le kot makovo zrno, vendar so kljub temu izjemno kompleksni. Leta so potrebovali, da so natančno preslikali vijuganje in povezovanje vseh 139.255 nevronov. Če bi zapleten sistem nevronov razvozlali v nit, bi bila ta dolga 150 metrov. V tem procesu so raziskovalci razvrstili 8453 različnih vrst celic (veliko več, kot so pričakovali, od tega jih je bilo 4581 na novo odkritih), kar je predstavljalo prvi popoln seznam delov za izdelavo natančne slike možganov mušice. Sliko so izdelali v projektu FlyWire, ki ga skupaj vodita nevroznanstvenika Mala Murthy in Sebastian Seung z univerze Princeton v New Jerseyju, študijo pa so objavili v reviji Nature. 

»Morda se sprašujete, zakaj bi nam moralo biti mar za možgane vinske mušice. Moj preprosti odgovor je, da če lahko resnično razumemo, kako delujejo kateri koli možgani, nam bo to zagotovo povedalo nekaj o vseh možganih,« je za britanski Guardian dejal Sebastian Seung, profesor računalništva in nevroznanosti. 

Da so lahko izdelali zgornjo sliko, so morali izjemno previdno razrezati možgane samice vinske mušice na 7000 tankih trakov, ki so jih nato posneli v elektronskem mikroskopu, da so razkrili strukture, široke štiri milijoninke milimetra. Nato je na pomoč priskočila umetna inteligenca, ki je analizirala milijone pridobljenih slik in izsledila pot nevtronov in sinaps.

A ker je umetna inteligenca polna napak, so za njo nato popravljali številni raziskovalci in prostovoljci, so navedli pri Guardianu. Po besedah ​​soavtorja študije Gregoryja Jefferisa, nevroznanstvenika z Univerze v Cambridgeu v Veliki Britaniji, so člani konzorcija in prostovoljci naredili več kot tri milijone ročnih popravkov. Veliko dela je bilo narejenega med pandemijo, ko so imeli raziskovalci nekoliko več časa, ker zaradi ukrepov niso mogli opravljati siceršnjih nalog, so dodali pri reviji Nature. 

Zemljevid ves čas na voljo raziskovalcem 

Podatki projekta FlyWire so bili različnim raziskovalnim skupinam na voljo za dodatne raziskave in tako so pridobili kar nekaj zanimivih ugotovitev. Ne le nad številom različnih celic, presenečeni so bili, denimo, tudi nad načini, kako se različne celice povezujejo med seboj. Na primer, nevroni, o katerih so menili, da so povezani z le enim samim čutilom, denimo očmi, so signale prejemali iz več čutil, vključno s sluhom in dotikom.

Obsežni zemljevid nevronskih povezav v možganih (tako imenovani konektom) je ena izmed skupin raziskovalcev vzela kot osnovo za računalniški model. Eksperimenti s simulacijo so jih pripeljali do prepoznavanja nevronskih vezij, ki se uporabljajo za obdelavo okusa. V drugi študiji so raziskovalci raziskovali, katere povezave med nevroni signalizirajo muhi, naj preneha hoditi, da bi se hranila ali čistila. 

Raziskovalci v projektu FlyWire pravijo, da je treba opraviti še veliko dela, da bi v celoti razumeli možgane vinske mušice, so zapisali pri Nature. Na primer, najnovejši konektom prikazuje le, kako se nevroni povezujejo prek kemičnih sinaps, prek katerih molekul, imenovanih nevrotransmiterji, pošiljajo informacije. Ne ponuja pa nobenih informacij o povezljivosti med nevroni zunaj sinaps. Želijo si, da bi pridobili tudi zemljevid možganov moškega osebka vinske mušice, saj se samci obnašajo drugače kot samice. 

Sicer raziskovalci izdelujejo tudi zemljevid mišjih možganov, rezultate njihovega dela naj bi dobili v petih do desetih letih. Kaj pa človeški možgani? Podvig bi bil gigantski (trenutno naša tehnologija ni dovolj zmogljiva): naš računalnik se namreč ponaša s 86 milijardami nevronov in trilijoni povezav med njimi. Tako so približno milijonkrat bolj zapleteni kot možgani vinske mušice. Maja so raziskovalci iz Googla in Harvarda predstavili slike enega kubičnega milimetra človeških možganov, v katerem je bilo kar 57.000 celic, 230 milimetrov žil in 150 milijonov sinaps.

Najpodrobnejši posnetki naših možganov