Fruit fly’in eksiksiz beyin bağlantı haritası, insan beynine ilişkin içgörüler sunuyor : Shots

Bilim adamları, bir böcek beyninin ilk ayrıntılı bağlantı şemasını oluşturdular.

Bir meyve sineği larvasından alınan beyin, 548.000 sinapsla birbirine bağlı 3016 nöron içeriyordu. bildirildi günlükte perşembe Bilim.

Konektom olarak bilinen önceki bağlantı şemaları, yalnızca birkaç yüz nöron ve birkaç bin sinaptik bağlantı içeren solucanlar ve iribaşlarla sınırlıydı.

Meyve sineği larvası konektomu önemli bir ilerleme çünkü “insan beynine pek çok açıdan diğerlerinden daha yakın” diyor. Joshua Vogelsteinçalışmanın yazarı ve Johns Hopkins Üniversitesi’nde biyomedikal mühendisliği doçenti.

Örneğin, “karar vermeye karşılık gelen bölgeler var, öğrenmeye karşılık gelen bölgeler var, navigasyona karşılık gelen bölgeler var” diyor Vogelstein.

Ancak bilim adamlarının meyve sineği larva bağlantısını üretirken karşılaştıkları zorluklar, 80 milyardan fazla nöron ve yüz trilyonlarca sinaps içeren bir insan beyninin haritasını çıkarmak için daha ne kadar ilerlemeleri gerektiğini gösteriyor.

“Beyin bizi biz yapan fiziksel nesnedir”

Araştırmacılar konektomlara odaklandılar çünkü beyin bir nöron koleksiyonundan çok daha fazlasıdır.

“Beyin, bizi biz yapan fiziksel nesnedir,” diyor Vogelstein. Ve bu nesneyi tam olarak anlamak için, onun nasıl kablolandığını bilmeniz gerektiğini söylüyor.

Tüm insan konektomunun haritasını çıkarmak için hala uzun yıllar var. Bu arada araştırmacılar, meyve sineğinin bu yeni kablolama haritasının, örneğin tüm beyinlerin nasıl öğrendiğine, hatırladığına ve bir hayvanın davranışını nasıl kontrol ettiğine dair ipuçları sunabileceğini umuyor.

Bir meyve sineği larvasının beyni, insan beyni gibi sağ ve sol tarafa sahiptir. Ancak araştırmacılar böcek beynindeki bağlantıları haritalandırdığında, “bir sürpriz [was] Sağ ve sol taraflar ne kadar benzer,” diyor Vogelstein.

İnsanlarda beynin sağ ve sol tarafları çok farklı kablolara sahip olabilir. Örneğin, konuşmaya dahil olan devreler solda olma eğilimindeyken, yüzleri tanıyan devreler sağda olma eğilimindedir.

Bir “dönüm noktası niteliğindeki ilk referans”

Yeni harita, bilim adamlarının öğrenmenin beyni nasıl değiştirdiğini, beyin kablolarının cinsiyete göre nasıl değiştiğini ve bir hayvanın gelişimi sırasında kabloların nasıl değiştiğini incelemelerine yardımcı olacak.

Vogelstein, “Bu, diğer her şeyi karşılaştırmak için kullanabileceğimiz dönüm noktası niteliğindeki ilk referanstır” diyor.

Sinirsel bağlantıların bu eksiksiz haritasının tamamlanması büyük bir ekibin on yıldan fazla zamanını aldı ve özenli bir bilimi gerektirdi.

Ekip, bir tuz tanesi büyüklüğündeki tek bir küçük beyni binlerce çok ince bölüme dilimleyerek başladı.

Vogelstein, “Her şeyi mahvetmiyorsunuz çünkü bir hata yaparsanız, temelde tüm beyni atmanız ve her şeye yeniden başlamanız gerekir” diyor.

Ekip, her dilimin görüntüsünü yakalamak için bir elektron mikroskobu kullandı. Bir nörondan diğerine olan bağlantıların izini sürmek, güçlü bilgisayarlar ve özel hesaplama araçları gerektiriyordu.

Vogelstein, bu araçların milyonlarca bağlantıyı izlemek için yeterli olduğunu, ancak bir insan beyninde bulunan trilyonlarca bağlantıyı izlemek için yeterli olmadığını açıklıyor.

Bu yüzden Seattle’daki Allen Enstitüsündeki araştırmacılar daha kolay bir hedef üzerinde çalışıyorlar: bir farenin konektomunun haritasını çıkarmak. Ve bu bile büyük bir zorluk, diyor Nuno Maçarico da CostaSeattle’daki Allen Enstitüsü’nde meyve sineği larvaları üzerinde yapılan araştırmaya dahil olmayan bir yardımcı araştırmacı.

Da Costa, “Bir tür kum tanesi olan ancak bir milyar bağlantıya – 100.000 nöron ve 4 kilometre kabloya sahip olan bir milimetre küp fare korteksinin bağlantısını haritalamaya çalışarak başladık” diyor.

Tam bir fare beyninin yaklaşık beş yüzde birini temsil eden o küçücük küpü dilimlemek 12 gün sürdü, diyor.

Da Costa, zorluğuna rağmen, daha karmaşık beyinleri haritalamanın çabaya değer olduğunu söylüyor, çünkü sonunda bilim adamlarının bir insan beyninin şizofreni gibi bozukluklardan nasıl etkilenebileceğini anlamalarına yardımcı olabilir.

“Telsiziniz bozulursa,” diyor da Costa, “birisi telsizinizin bağlantı şemasına sahipse, onu tamir etmek için daha iyi bir konumda olacaktır.”

Bir insan bağlantısı, bilim insanlarının nasıl öğrendiğimiz ve neden bu şekilde davrandığımız gibi bazı temel soruları yanıtlamasına da yardımcı olacak, diyor.

Da Costa, “Verdiğiniz her fikir, her anı, her hareket, her karar beyninizdeki nöronların aktivitesinden gelir” diyor. “Ve bu aktivite, bu yapının bir ifadesidir.”