Dzięki tej mapie doświadczymy "lawiny odkryć w ciągu najbliższych kilku lat"

Nigdy wcześniej mózg dorosłego zwierzęcia nie został tak dokładnie opisany. Dzięki pracy setek naukowców z całego świata możemy zajrzeć w głąb mózgu muszki owocowej i przyjrzeć się każdemu połączeniu między synapsami i neuronami.

Wcześniejsze badania dotyczyły mózgów nicienia C. elegans zawierającego 302 neurony i larwy muszki owocowej zawierającego około 3000 neuronów. To prawie nic w porównaniu z mózgiem dorosłej muszki owocowej, który posiada blisko 140 000 neuronów i ponad 50 milionów łączących je synaps.

Według ekspertów tak zwany konektom, czyli kompletna mapa sieci neuronalnych, przyniesie wiele cennych informacji, które potem mogą zostać wykorzystane w poznaniu sekretów ludzkiego mózgu.

- Każdy mózg, który naprawdę rozumiemy, mówi nam coś o wszystkich mózgach - mówi Sebastian Seung, profesor w dziedzinie nueronauki na Uniwersytecie Princeton.

Rewolucyjne badanie przeprowadziło konsorcjum naukowe FlyWire składające się z członków 146 laboratoriów w 122 instytucjach na całym świecie. Wyniki przedstawiono w aż dziewięciu artykułach opublikowanych na łamach prestiżowego czasopisma "Nature".

Prace nad konektomem mózgu muszki owocowej trwały od ponad czterech lat. Mapa została zbudowana z 21 milionów zdjęć pociętego na mikroskopijne kawałki mózgu samicy muszki owocowej Drosophila melanogaster. Korzystając z modelu sztucznej inteligencji zbudowanego przez badaczy i inżynierów oprogramowania współpracujących z Sebastianem Seungiem z Princeton, grudki i plamy na tych zdjęciach zostały przekształcone w oznaczoną trójwymiarową mapę.

- Tak jak nie chciałbyś jechać do nowego miejsca bez map Google'a, tak samo nie chcesz eksplorować mózgu bez mapy. Zbudowaliśmy atlas mózgu i dodaliśmy adnotacje do wszystkich firm, budynków i nazw ulic - podkreśla Sven Dorkenwald, jeden z autorów badania.

Naukowcom udało się zidentyfikować oddzielne obwody dla wielu indywidualnych funkcji i pokazać, w jaki sposób są one połączone.

Przewody związane z ruchem znajdują się na przykład u podstawy mózgu, natomiast te przetwarzające wzrok są z boku.

Model mózgu muszki owocowej został udostępniony dla każdego naukowca na świecie. Autorzy badania wierzą, że dzięki możliwości tak dokładnego spojrzenia w głąb mózgu Drosophila melanogaster zdobędziemy więcej informacji o mózgu człowieka.

Badacze zaznaczają, że DNA muszki owocowej w 60 procentach jest zgodne z ludzkim.

- Bez szczegółowego zrozumienia, w jaki sposób neurony łączą się ze sobą, nie będziemy mieć podstawowego pojęcia o tym, co działa prawidłowo w zdrowym mózgu, a co nie w trakcie choroby - mówi John Ngai, dyrektor inicjatywy BRAIN w Narodowym Instytucie Zdrowia USA.

Eksperci zaznaczają, że obecnie nie posiadamy technologii, która pozwoliłaby na przeprowadzenie tak dokładnego skanu naszego mózgu. Według części z nich na pierwszą mapę sieci neuronalnych człowieka przyjdzie nam czekać jeszcze około 30 lat. Dane dostarczone przez FlyWire mogą jednak przyczynić się do wielkich postępów w neuronauce.

Uczestnicy projektu przyznają, że aby w pełni zrozumieć mózg muszki owocowej, konieczne są dalsze badania. Na przykład konektom pokazuje, w jaki sposób neurony łączą się poprzez synapsy chemiczne. Nie oferuje on żadnych informacji na temat połączeń elektrycznych między neuronami ani na temat tego, jak neurony komunikują się chemicznie poza synapsami. Badacze planują również opracować konektom samca muchy, co pozwoliłoby badać zachowania specyficzne dla samców, takie jak śpiew. 

Zdaniem dr. Philippa Schlegla z Medical Research Council's Laboratory of Molecular Biology dzięki mapie mózgu muszki owocowej świat neuronauki doświadczy "lawiny odkryć w ciągu najbliższych kilku lat".