اولین نقشه کامل از مغز یک حشره ترسیم شد

دانشمندان نقشه ای از کل مغز لارو مگس میوه تهیه کردند که تمام 3016 نورون و 548000 سیناپس در این اندام را نشان می دهد.

به گزارش سیناپرس همدان، این نقشه جامع که کانکتوم نامیده می شود، 12 سال کار دقیق را به خود اختصاص داد تا ساخته شود و مکان تمام 3016 نورون در مغز یک لارو مگس میوه (Drosophila melanogaster) را نشان می دهد. بین این سلول‌های مغزی 548000 نقطه اتصال یا سیناپس وجود دارد، جایی که سلول‌ها می‌توانند پیام‌های شیمیایی به یکدیگر ارسال کنند که به نوبه خود سیگنال‌های الکتریکی را تحریک می‌کنند که از طریق آکسون های سلول‌های عصبی حرکت می‌کنند.

این تیم در ژورنال Science گزارش داد که محققان شبکه هایی را شناسایی کردند که از طریق آنها نورون های یک طرف مغز داده ها را به سمت دیگر ارسال می کنند. این تیم همچنین 93 نوع متمایز نورون را طبقه بندی کرد که در شکل، عملکرد پیشنهادی و نحوه اتصال آنها به نورون های دیگر متفاوت است. کارشناسان گفتند که اتصالات جدید به دلیل کامل بودن آن قابل توجه است.

Nuno Maçarico da Costa و Casey Schneider-Mizell، اعضای گروه رمزگذاری عصبی در موسسه علوم مغز آلن مستقر در سیاتل که در این ابتکار شرکت نداشتند، گفتند: این مطالعه اولین مطالعه ای است که می تواند کل مغز مرکزی حشره را ترسیم کند و بنابراین تمام مسیرهای سیناپسی همه نورون ها را مشخص می کند.

در سال 2020، یک گروه تحقیقاتی متفاوت یک اتصال جزئی از یک مگس میوه بالغ را منتشر کرد که حاوی 25000 نورون و 20 میلیون سیناپس بود. اما دانشمندان فقط برای سه موجود دیگر پیوند کامل پیدا کردند: یک نماتد، یک لارو خیار دریایی و یک لارو کرم دریایی. Joshua Vogelstein، نویسنده ارشد این مطالعه، مدیر و یکی از بنیانگذاران آزمایشگاه NeuroData در دانشگاه جان هاپکینز، گفت که هر یک از این اتصالات حاوی چند صد نورون است و فاقد نیمکره های مغز متمایز دیده شده در حشرات و پستانداران است.

مایکل ویندینگ، یکی از همکاران پژوهشی در بخش جانورشناسی دانشگاه کمبریج، گفت که بیش از 80 نفر به تشخیص اتصال جدید کمک کردند. برای انجام این کار، دانشمندان مغز لارو مگس را به 5000 قسمت برش دادند و از هر برش تصاویر میکروسکوپی گرفتند. آنها این تصاویر را کنار هم قرار دادند تا یک حجم سه بعدی تشکیل دهند. تیم سپس تصاویر را بررسی کردند، سلول‌های منفرد درون آن‌ها را شناسایی کردند و سیم‌های آن‌ها را به‌صورت دستی ردیابی کردند. نقشه به دست آمده دانشمندان را از چند جهت شگفت زده کرد.

برای مثال، دانشمندان تمایل دارند روی نورون‌هایی تمرکز کنند که پیام‌های خروجی را از طریق سیم‌های بلند به نام آکسون ارسال می‌کنند و پیام‌ها را از طریق سیم‌های کوتاه‌تر و شاخه‌دار به نام دندریت دریافت می‌کنند. با این حال، استثناهایی برای این قاعده وجود دارد، و مشخص شد که اتصالات آکسون به آکسون، دندریت به دندریت و دندریت به آکسون حدود یک سوم سیناپس های مغز مگس لارو را تشکیل می دهند.

Vogelstein گفت که کانکتوم به طور شگفت انگیزی “کم عمق” بود، به این معنی که اطلاعات حسی دریافتی قبل از انتقال به نورون های درگیر در کنترل حرکتی که می تواند مگس را برای انجام یک رفتار فیزیکی هدایت کند، از نورون های بسیار کمی عبور می کند. ویندینگ گفت: برای دستیابی به این سطح از کارایی، مغز میانبرهایی بین مدارها تعبیه کرده است که تا حدودی شبیه مدارهای پیشرفته در سیستم‌های هوش مصنوعی است.

اشنایدر-میزل گفت: یکی از محدودیت‌های کانکتوم این است که نمی‌تواند نورون‌هایی را که تحریک‌کننده هستند، جذب کند، به این معنی که آنها نورون‌های دیگر را به سمت فعالیت سوق می‌دهند، یا مهارکننده هستند، به این معنی که احتمال انتقال پیام نورون‌ها را کاهش می‌دهند. او گفت که این مکانیک حرکت ها بر نحوه جریان اطلاعات در مغز تأثیر می گذارد.

وگلشتاین گفت، با این حال، کانکتوم دری را به روی بسیاری از پیشرفت‌های آینده باز می‌کند، مانند سیستم‌های هوش مصنوعی با انرژی کارآمدتر و درک بهتری از نحوه یادگیری انسان‌ها.

او گفت: انسان ها کارهایی مانند تصمیم گیری، یادگیری، حرکت در محیط، غذا خوردن انجام می دهند، مگس ها هم همینطور. و دلیل خوبی وجود دارد که فکر کنیم مکانیسم هایی که مگس ها برای اجرای آن نوع عملکردهای شناختی دارند در انسان نیز وجود داشته باشد.

این مطالعه در ژورنال Science منتشر شد.

مترجم: کیانوش کرمی