Επιστήμονες χαρτογράφησαν για πρώτη φορά κάθε νευρώνα στον εγκέφαλο αρσενικής μύγας

Μια διεθνής ομάδα ερευνητών χαρτογράφησε κάθε νευρώνα στο κεντρικό νευρικό σύστημα μιας ενήλικης αρσενικής μύγας, δημιουργώντας το πιο ολοκληρωμένο διάγραμμα συνδεσμολογίας που έχει κατασκευαστεί ποτέ για ένα σύνθετο ζώο. Το κονεκτόμημα, που δημοσιεύθηκε την Πέμπτη στο περιοδικό Cell, καταγράφει περισσότερους από 166.000 νευρώνες στον εγκέφαλο, τους οπτικούς λοβούς και την κοιλιακή νευρική χορδή, ταυτοποιώντας πάνω από 11.000 διακριτούς τύπους κυττάρων.blog+1

Το επίτευγμα, υπό την καθοδήγηση του ερευνητικού κέντρου Janelia του HHMI σε συνεργασία με την Google Alphabet Inc. ↘ 1.11% Research και ιδρύματα σε όλη την Ευρώπη, ολοκληρώνει σχεδόν δύο δεκαετίες εργασίας και έρχεται περίπου έναν χρόνο μετά τη δημοσίευση του πλήρους χάρτη εγκεφάλου θηλυκής μύγας που κάλυπτε περίπου 140.000 νευρώνες. Μαζί, τα δύο κονεκτομήματα επιτρέπουν στους επιστήμονες για πρώτη φορά να συγκρίνουν τη νευρική αρχιτεκτονική και των δύο φύλων σε ένα ζώο ικανό για σύνθετη κοινωνική συμπεριφορά.livescience

Από τον σκεπτικισμό στο ορόσημο

Όταν ο ιδρυτικός εκτελεστικός διευθυντής του Janelia, Gerry Rubin, πρότεινε το έργο το 2008, πολλοί νευροεπιστήμονες το θεώρησαν ανέφικτο. Το μόνο ολοκληρωμένο κονεκτόμημα εκείνη την εποχή ανήκε στο νηματώδη σκώληκα C. elegans, με μόλις 302 νευρώνες, ένα κατόρθωμα που από μόνο του απαίτησε πάνω από μια δεκαετία. Η χαρτογράφηση ενός εγκεφάλου μύγας με περισσότερους από 100.000 νευρώνες, υποστήριζαν οι επικριτές, θα απαιτούσε υπερβολικό χρόνο και κόστος.phys

Η ομάδα του Rubin πέρασε χρόνια αναπτύσσοντας τα εργαλεία για να αποδείξει το αντίθετο. Ερευνητές υπό τον επικεφαλής Harald Hess βελτίωσαν μια τεχνική απεικόνισης υψηλής ανάλυσης γνωστή ως ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης με εστιασμένη δέσμη ιόντων, ενώ συνεργάτες της Google Research δημιούργησαν υπολογιστικές μεθόδους, συμπεριλαμβανομένης της ιχνηλάτησης νευρώνων μέσω τεχνητής νοημοσύνης, για να επιταχύνουν την ερμηνεία των εικόνων. Οι άνθρωποι διορθωτές έπαιξαν επίσης καθοριστικό ρόλο, με το αντίστοιχο 44 ατόμων να εργάζονται για έναν ολόκληρο χρόνο για τη βελτίωση του χάρτη.english.elpais

Φύλο, γεύση και όραση

Τέσσερις συνοδευτικές μελέτες που δημοσιεύθηκαν μαζί με την κύρια έρευνα χρησιμοποιούν τα νέα δεδομένα για να εξερευνήσουν τη νευροβιολογία της μύγας. Μία από αυτές εντόπισε αρκετές εκατοντάδες κυτταρικούς τύπους που εξαρτώνται από το φύλο, αντιπροσωπεύοντας το 4,8% των νευρώνων στον αρσενικό εγκέφαλο και το 2,4% στον θηλυκό. Ένα δίκτυο περίπου 100 τύπων ενδιάμεσων νευρώνων που απαντώνται μόνο στα αρσενικά φαίνεται να συντονίζει συμπεριφορές όπως το «τραγούδι» κατά το ζευγάρωμα και τη σωματική επιθετικότητα.english.elpais+1

Μια δεύτερη μελέτη, υπό τον Carlos Ribeiro στο Ίδρυμα Champalimaud, ιχνηλάτησε ολόκληρο το γευστικό σύστημα της μύγας, από τους υποδοχείς γεύσης που είναι κατανεμημένοι στο σώμα έως τους κινητικούς νευρώνες που ελέγχουν τη σίτιση. Ο χάρτης αποκάλυψε πώς ορισμένοι γευστικοί νευρώνες στο λαιμό συνδέονται με κύτταρα που παράγουν ινσουλίνη, προσφέροντας μια εξήγηση σε επίπεδο συνδεσμολογίας για το πώς οι ορμονικές αποκρίσεις μπορούν να ξεκινήσουν πριν από την απορρόφηση των θρεπτικών συστατικών.eurekalert

Μια τρίτη εργασία έδειξε ότι η οπτική επεξεργασία εκτείνεται βαθιά στον εγκέφαλο, εμπλέκοντας περισσότερους από τους μισούς τύπους νευρώνων της μύγας.phys

Τι ακολουθεί

Το Janelia εφαρμόζει τώρα τα διδάγματα από τη μύγα στους εγκεφάλους σπονδυλωτών, με έργα σε εξέλιξη για τη χαρτογράφηση των κονεκτομημάτων προνυμφών ζέβρα-ψαριού και ενήλικων Danionella, ενός ψαριού που παραμένει διαφανές καθ' όλη τη διάρκεια της ζωής του. «Αυτή η εργασία παρέχει επίσης έναν τεχνικό οδικό χάρτη για πιο φιλόδοξα έργα κονεκτομικής στο μέλλον, όπως αυτά για ποντίκια και ανθρώπους», δήλωσε ο Ribeiro.livescience+1