Το Χάρβαρντ και το Πρίνστον χαρτογραφούν κάθε νευρώνα στο νευρικό σύστημα της φρουτόμυγας

Μια μεγάλη διεθνής ομάδα με επικεφαλής την Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ και το Πανεπιστήμιο Πρίνστον δημοσίευσε το πρώτο πλήρες διάγραμμα καλωδίωσης όλων των νευρωνικών συνδέσεων στο κεντρικό νευρικό σύστημα μιας ενήλικης φρουτόμυγας, ένα ορόσημο που αποκαλύπτει ότι ο κινητικός έλεγχος λειτουργεί μέσω κατανεμημένων τοπικών κυκλωμάτων αντί για ένα κεντρικό κέντρο εντολών του εγκεφάλου.

Ένα πλήρες νευρωνικό προσχέδιο

Η εργασία, που δημοσιεύθηκε στις 8 Ιουνίου στο Nature με τίτλο "Distributed control circuits across a brain-and-cord connectome", συνδυάζει ένα προηγουμένως δημοσιευμένο κονεκτόμημα εγκεφάλου με έναν πρόσφατα ολοκληρωμένο χάρτη του νευρικού σχοινιού της φρουτόμυγας —το αντίστοιχο του νωτιαίου μυελού— για να δημιουργήσει ένα ενοποιημένο διάγραμμα περίπου 160.000 νευρώνων και όλων των συναπτικών τους συνδέσεων.eurekalert+1

"Μπορούμε να δούμε όλους τους νευρώνες και τις συνδέσεις τους ως μια πλήρη μονάδα για πρώτη φορά και να αναρωτηθούμε: 'Τι μαθαίνουμε από αυτό;'" δήλωσε η συν-ανώτερη συγγραφέας Rachel Wilson, από το Ινστιτούτο Blavatnik της Ιατρικής Σχολής του Χάρβαρντ.hms.harvard

Το έργο προέκυψε από τη σύγκλιση δύο προσπαθειών: του κονεκτομήματος εγκεφάλου 2024 της κοινοπραξίας FlyWire, με επικεφαλής τους Mala Murthy και Sebastian Seung στο Πρίνστον, και ενός κονεκτομήματος νευρικού σχοινιού που αναπτύχθηκε στο εργαστήριο του συν-ανώτερου συγγραφέα Wei-Chung Allen Lee στην Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ. Το συνδυασμένο σύνολο δεδομένων, γνωστό ως BANC (Brain and Nerve Cord), κατασκευάστηκε δημιουργώντας χιλιάδες σειριακές τομές μιας μόνο φρουτόμυγας, απεικονίζοντάς τις με ηλεκτρονική μικροσκοπία και χρησιμοποιώντας τεχνητή νοημοσύνη για να ράψει εκατομμύρια εικόνες σε έναν συνεκτικό τρισδιάστατο χάρτη.eurekalert+1

Κατανεμημένος έλεγχος, όχι κεντρική εντολή

Το κεντρικό εύρημα της μελέτης ανατρέπει μια μακροχρόνια υπόθεση στη νευροεπιστήμη. Αντί για έναν κεντρικό ελεγκτή στον εγκέφαλο που κατευθύνει τις ενέργειες ενός ζώου, ο κινητικός έλεγχος στη φρουτόμυγα λειτουργεί κυρίως σε τοπικό επίπεδο — για παράδειγμα, η κίνηση του ποδιού μιας μύγας διέπεται κυρίως από νευρικά κυκλώματα αφιερωμένα σε αυτό το πόδι, τα οποία στη συνέχεια συντονίζονται με κυκλώματα για άλλα άκρα για την παραγωγή σύνθετων συμπεριφορών όπως το περπάτημα.hms.harvard+1

"Τα ευρήματά μας υποδηλώνουν ότι ο έλεγχος για τις ενέργειες είναι εξαιρετικά κατανεμημένος σε τοπικές ενότητες που συνδέονται και συνεργάζονται με διαφορετικούς τρόπους", δήλωσε ο συν-πρώτος συγγραφέας Alexander Bates.eurekalert

Επιπτώσεις για την τεχνητή νοημοσύνη, τη ρομποτική και πέρα από αυτήν

Ολόκληρο το κονεκτόμημα είναι ελεύθερα διαθέσιμο στο διαδίκτυο και οι ερευνητές αντλούν παραλληλισμούς με το Πρόγραμμα Ανθρώπινου Γονιδιώματος ως ανοικτή πηγή με ευρείες εφαρμογές. Η συν-πρώτη συγγραφέας Helen Yang σημείωσε ότι ακόμη και τα προηγμένα συστήματα τεχνητής νοημοσύνης δεν μπορούν να αναπαράγουν το ρεπερτόριο συμπεριφοράς μιας φρουτόμυγας: "Μπορεί να υπάρχουν διδάγματα για την τεχνητή νοημοσύνη σχετικά με το πώς είναι οργανωμένο το νευρικό σύστημα".hms.harvard+1

Το έργο υποστηρίχθηκε από την πρωτοβουλία BRAIN των ΗΠΑ, τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας και το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών. Ο Lee διερευνά τώρα αν υπάρχει παρόμοιος κατανεμημένος έλεγχος στα ποντίκια — ένα ερώτημα με άμεση συνάφεια για την κατανόηση των νευρικών συστημάτων των θηλαστικών.eurekalert+1