Blisko 140 tys. neuronów i 50 mln połączeń między nimi. Międzynarodowy zespół naukowców opublikował właśnie na łamach czasopisma "Nature" pełną, kompletną mapę mózgu dorosłego zwierzęcia, które jest w stanie chodzić i widzieć. Dodajmy też, że i latać. Ten gigantyczny przełom w neurologii dotyczy bowiem... muszki owocowej. Ponieważ owady z gatunku Drosophila melanogaster są często wykorzystywane w eksperymentach naukowych, mapa daje szansę przyspieszenia badań dotyczących także układu nerwowego człowieka. Opracowanie odpowiedniej technologii to także wstęp do tworzenia map mózgu bardziej złożonych organizmów.
W konsorcjum FlyWire, które przeprowadziło te badania, brali udział między innymi badacze z MRC Laboratory of Molecular Biology w Cambridge, Princeton University, University of Vermont i University of Cambridge.
Jeśli chcemy naprawdę zrozumieć, jak działa mózg, musimy wiedzieć, jak neurony się łączą i pozwalają nam myśleć. W większości przypadków nie mamy o tym pojęcia - mówi współkierujący zespołem badawczym dr Gregory Jefferis z MRC Laboratory i University of Cambridge. Te muszki wykonują wiele złożonych czynności, potrafią chodzić, latać, orientować się w przestrzeni, samce śpiewają swoim samicom, tworzenie takich diagramów przybliża nas do odpowiedzi na wiele interesujących nas pytań, choćby o to, jak kontrolujemy swój ruch, odbieramy telefon czy rozpoznajemy przyjaciół - dodaje.
Dotychczasowe badania pozwoliły na opracowanie map mózgu znacznie prostszych organizmów, choćby larwy muszki owocowej, której mózg ma 3016 neuronów i nicienia, który może pochwalić się liczbą 302 komórek nerwowych. Najnowsze osiągnięcie to diagram pokazujący aż 139255 neuronów.
Co ważne, inni naukowcy będą mogli szybko z niego skorzystać. Nasza baza danych jest otwarta i dostępna dla wszystkich badaczy - deklaruje współkierująca pracami dr Mala Murthy z Princeton University. Mamy nadzieję, że będzie to miało kluczowe znaczenie dla neurologów próbujących lepiej zrozumieć działanie zdrowego mózgu, a także odkryć zaburzenia, które stoją u podstaw na przykład chorób psychicznych - dodaje.
Autorzy pracy zauważyli znaczne podobieństwa obecnej mapy do wcześniej opracowanych diagramów połączeń nerwowych we fragmentach mózgu tego owada. To może oznaczać szerszą prawidłowość. Być może każdy mózg nie jest całkiem indywidualną strukturą i nie różni się od innych jak płatki śniegu. Równocześnie okazało się, że około 0,5 proc. neuronów ma pewne różnice rozwojowe, które mogą prowadzić do zakłócenia połączeń. Być może właśnie te różnice przyczyniają się do powstawania zaburzeń w pracy mózgu.
Mózg muszki owocowej ma około milimetra szerokości. Naukowcy rozpoczęli badania od mózgu samicy, który został pocięty na 7 tys. plasterków o średnicy 40 nanometrów i przeskanowany z pomocą mikroskopu elektronowego wysokiej rozdzielczości. Przejrzenie około 100 terabajtów danych zawierających informacje o kształcie blisko 140 tys. neuronów i 50 mln ich połączeń wymagało wykorzystania programu wykorzystującego sztuczną inteligencję, opracowanego na Princeton University.
Ponieważ jednak systemy AI pracujące z bazami danych tych rozmiarów wciąż mogą popełniać błędy, trzeba było jeszcze ręcznie je korygować. W sumie w prace FlyWire Consortium było zaangażowanych 287 naukowców z 76 laboratoriów na całym świecie, ale też wielu ochotników. W sumie analiza zajęła 33 osobolata pracy.
Stworzenie mapy mózgu muszki owocowej było możliwe dzięki postępom technik obliczeniowych AI, nie bylibyśmy w stanie ręcznie opracować całej sieci tych połączeń - podkreśla dr Sebastian Seung z Princeton University. To pokazuje, jak bardzo sztuczna inteligencja może pchnąć neurologię do przodu. Mózg muszki to krok milowy do opracowania mapy mózgu myszy - dodaje.