Wissenschaftler kartieren erstmals jedes Neuron im Gehirn einer männlichen Fruchtfliege

Ein internationales Forschungsteam hat jedes Neuron im zentralen Nervensystem einer erwachsenen männlichen Fruchtfliege kartiert und damit das vollständigste Schaltbild erstellt, das jemals für ein komplexes Tier zusammengestellt wurde. Das Konnektom, das am Donnerstag in der Fachzeitschrift Cell veröffentlicht wurde, erfasst mehr als 166.000 Neuronen im Gehirn, beiden optischen Loben und dem Bauchmark und identifiziert über 11.000 verschiedene Zelltypen.blog+1

Die Errungenschaft, die vom Janelia Research Campus des HHMI in Zusammenarbeit mit Google Alphabet Inc. ↗ 0.78% Research und Institutionen in ganz Europa geleitet wurde, krönt fast zwei Jahrzehnte Arbeit. Sie erscheint etwa ein Jahr nach der Veröffentlichung einer vollständigen Karte des Gehirns einer weiblichen Fruchtfliege, die etwa 140.000 Neuronen abdeckte. Zusammen ermöglichen die beiden Konnektome Wissenschaftlern erstmals den Vergleich der neuronalen Architektur beider Geschlechter bei einem Tier, das zu komplexem Sozialverhalten fähig ist.livescience

Von der Skepsis zum Meilenstein

Als der Gründungsdirektor von Janelia, Gerry Rubin, das Projekt 2008 vorschlug, hielten es viele Neurowissenschaftler für undurchführbar. Das einzige damals fertiggestellte Konnektom stammte vom Fadenwurm C. elegans mit nur 302 Neuronen – eine Leistung, die allein über ein Jahrzehnt in Anspruch nahm. Die Kartierung eines Fruchtfliegengehirns mit mehr als 100.000 Neuronen, so argumentierten Kritiker, würde zu lange dauern und zu viel kosten.phys

Rubins Team verbrachte Jahre damit, die Werkzeuge zu entwickeln, um das Gegenteil zu beweisen. Forscher unter der Leitung des leitenden Gruppenleiters Harald Hess verfeinerten eine hochauflösende Bildgebungstechnik, die als fokussierte Ionenstrahl-Rasterelektronenmikroskopie bekannt ist, während Mitarbeiter bei Google Research Berechnungsmethoden – einschließlich KI-gestützter Neuronennachverfolgung – entwickelten, um die Bildinterpretation zu beschleunigen. Menschliche Korrektoren spielten weiterhin eine wesentliche Rolle, wobei das Äquivalent von 44 Personen ein ganzes Jahr lang an der Verfeinerung der Karte arbeitete.english.elpais

Geschlecht, Geschmack und Sehen

Vier Begleitartikel, die zusammen mit der Hauptstudie veröffentlicht wurden, nutzen die neuen Daten zur Erforschung der Neurobiologie der Fruchtfliege. Einer identifizierte mehrere hundert geschlechtsspezifische Zelltypen, die 4,8 % der Neuronen im männlichen Gehirn und 2,4 % im weiblichen Gehirn ausmachen. Ein Netzwerk von etwa 100 männchenspezifischen Interneurontypen scheint Verhaltensweisen wie Balzgesang und körperliche Aggression zu koordinieren.english.elpais+1

Eine zweite Studie, geleitet von Carlos Ribeiro an der Champalimaud Foundation, verfolgte das gesamte Geschmackssystem der Fliege von den über den Körper verteilten Geschmacksrezeptoren bis zu den motorischen Neuronen, die die Nahrungsaufnahme steuern. Die Karte enthüllte, wie bestimmte Geschmacksneuronen im Rachen mit insulinproduzierenden Zellen verbunden sind, was eine Erklärung auf Schaltkreisebene dafür bietet, wie hormonelle Reaktionen beginnen können, bevor Nährstoffe absorbiert werden.eurekalert

Ein dritter Artikel zeigte, dass die visuelle Verarbeitung tief in das Gehirn hineinreicht und mehr als die Hälfte der Neuronentypen der Fliege einbezieht.phys

Wie geht es weiter

Janelia wendet die Erkenntnisse aus der Fliege nun auf Wirbeltiergehirne an, wobei Projekte zur Kartierung der Konnektome von Zebrafischlarven und erwachsenen Danionella, einem Fisch, der sein Leben lang transparent bleibt, bereits laufen. "Diese Arbeit bietet auch einen technischen Fahrplan für ehrgeizigere Konnektomik-Projekte in der Zukunft, wie etwa für Mäuse und Menschen", sagte Ribeiro.livescience+1