În urmă cu puțin peste un an, două echipe științifice din Statele Unite și Marea Britanie au reușit cartografiază întregul creier al larvei muștei fructelorcu cei 3.000 de neuroni ai săi, o investigație de 12 ani care a fost apoi raportată în revistă Ştiinţă. Cercetările anterioare au arătat, de asemenea, cartografierea organului unui vierme C. eleganscare conține 302 neuroni.

Săptămâna aceasta, este revista Natură cel care raportează harta completă a creierului unui exemplar adult de muște de fructe, câteva ordine de mărime mai complexe, cu 139.255 de neuroni și aproximativ 50 de milioane de sinapse care le conectează. Este vorba despre prima schemă de cablare (sau conector) a întregului creier al acestei insecte, Drosophila melanogasterun organism model tipic în biologie.

Această realizare a fost realizată printr-o colaborare internațională de specialiști, numită Consorțiul FlyWirecare include cercetători din Regatul Unit, Statele Unite, Australia, Franța, Germania, Israel, Coreea, Filipine, Polonia, Portugalia, Puerto Rico, Elveția și Taiwan.

În timp ce unele grupuri s-au concentrat pe conexiuni, altele au identificat mai mult de 8.400 de tipuri de celule în acest conectom, dintre care 4.581 sunt noi. În cele din urmă, alte lucrări din colecție aruncă lumină asupra modului în care conectivitatea dintre neuroni specifici conduce comportamente precum comunicarea între regiunile creierului sau mișcarea. În total, au fost publicate nouă articole.

„Creierul său poate părea mic – are cu aproximativ un milion de neuroni mai puțini decât organul uman – dar o muscă de fructe poate vedea, mirosi, auzi, merge și zbura. În plus, ei socializează, navighează și învață din experiență”, explică el pentru SINC. Sebastian Seungcercetător la Universitatea Princeton (SUA) și co-director, împreună cu Mala Murthydin echipa de cercetare articolul principal al acestei colecții.

Într-un deceniu, au existat progrese revoluționare în înțelegerea noastră a creierului muștei, iar conectomul acestuia este esențial. Deși este reconstruit din creierul unui specimen mort, ne poate oferi informații valoroase despre cum funcționează un creier viu.

Sebastian Seung (Universitatea Princeton)

„În ultimul deceniu, au existat progrese revoluționare în înțelegerea noastră a creierului muștei, iar conectomul acestuia este fundamental. Deși acesta este reconstruit din creierul unui specimen mort, ne poate oferi informații valoroase despre modul în care funcționează un creier viu”, adaugă el.

După cum a indicat SINC Philip Shiucercetător la Universitatea din California din Berkeley (SUA) și lider al un alt loc de muncă nou„Nu era clar în ce măsură conectomul ne va permite să prezicem activitatea neuronală, dar am descoperit că ne permite cu adevărat să prezicem și să înțelegem funcționarea creierului.”

Echipa de oameni de știință în neuroștiință a făcut un pas mare spre înțelegerea creierului uman, construind o foaie de parcurs neuron cu neuron și sinapsă cu syapse prin creierul unei muște adulte de fructe. / Amy Sterling / FlyWire / Universitatea Princeton

Harta a fost construită din 21 de milioane de imagini luate din creierul unei femele Drosophila melanogaster. Deoarece există diferențe în structura neuronală a muștelor masculi și femele, cercetătorii intenționează să caracterizeze și un organ masculin în viitor.

Datorită unui model de inteligență artificialăaglomerările și bloburile din acele imagini au fost transformate într-o hartă 3D etichetată. „Nu am fi putut face asta fără automatizarea analizei. Dar, în etapa finală, avem nevoie și de inteligență umană, pentru că AI mai face greșeli din când în când. „O echipă de oameni a găsit și a corectat aceste defecte pentru a produce conectomul final”, spune Seung.

Comparând diagrama creierului cu cele anterioare, mai simple, cercetătorii au descoperit că aproximativ 0,5% dintre neuroni au variații de dezvoltare care ar putea cauza conexiuni eronate între ei. Experții spun că acesta va fi un domeniu important de cercetare viitoare pentru a înțelege dacă aceste schimbări sunt legate de tulburări ale creierului.

„Nu există un alt conectom cerebral complet al unui animal adult de această complexitate”, spune Murthy, care este directorul Institutului de Neuroscience din Princeton. „Am pus baza de date la dispoziția tuturor cercetătorilor în mod gratuit. deschis si liber. În viitor, sperăm că va fi posibil să comparăm ceea ce se întâmplă, de exemplu, în bolile mintale”, adaugă el.

Autorii au folosit, de asemenea, tehnologia de scanare a imaginilor AI pentru a prezice dacă fiecare sinapsă a fost inhibitorie sau excitatoare. „Pentru a începe simularea digitală a creierului, trebuie să cunoaștem nu numai structura acestuia, ci și modul în care neuronii funcționează pentru a se activa și dezactiva reciproc”, indică el. Gregory Jefferiscercetător la Universitatea din Cambridge (Regatul Unit) și autor principal pe mai multe dintre studii.

„Fără cunoștințe detaliate despre modul în care neuronii se conectează între ei, nu vom avea o înțelegere de bază a ceea ce merge bine într-un creier sănătos sau ce merge prost în boală”, subliniază el. Ioan Ngaidirector al Inițiativa BRAIN de la National Institutes of Health (NIH) din SUA, care a finanțat parțial proiectul FlyWire.

Imaginea prezintă cei mai mari 50 de neuroni din conectomul creierului muștei. / Tyler Sloan și Amy Sterling pentru FlyWire, Universitatea Princeton (Dorkenwald și colab., Nature, 2024)