Harvard ja Princeton kartoittivat banaanikärpäsen hermoston jokaisen neuronin

Suuri kansainvälinen ryhmä, jota johtivat Harvard Medical School ja Princetonin yliopisto, on julkaissut ensimmäisen täydellisen kytkentäkaavion kaikista aikuisen banaanikärpäsen keskushermoston hermoyhteyksistä. Tämä virstanpylväs paljastaa, että motorinen kontrolli toimii hajautettujen paikallisten piirien kautta keskitetyn aivokomentokeskuksen sijaan.

Täydellinen hermostollinen suunnitelma

Työ, joka julkaistiin 8. kesäkuuta Nature-lehdessä otsikolla "Distributed control circuits across a brain-and-cord connectome", yhdistää aiemmin julkaistun aivojen konnektomin ja vastavalmistuneen kartan banaanikärpäsen hermojohdosta – sen selkäydintä vastaavasta elimestä – luodakseen yhtenäisen kaavion noin 160 000 neuronista ja kaikista niiden synaptisista yhteyksistä.eurekalert+1

"Voimme ensimmäistä kertaa nähdä kaikki neuronit ja niiden yhteydet yhtenä kokonaisuutena ja kysyä: 'Mitä opimme tästä?'", sanoi toinen vastaava kirjoittaja Rachel Wilson Harvard Medical Schoolin Blavatnik Institutesta.hms.harvard

Projekti syntyi kahden ponnistelun yhdistymisestä: FlyWire Consortiumin vuoden 2024 aivojen konnektomista, jota johtivat Mala Murthy ja Sebastian Seung Princetonissa, sekä hermojohdon konnektomista, joka kehitettiin toisen vastaavan kirjoittajan Wei-Chung Allen Leen laboratoriossa Harvard Medical Schoolissa. Yhdistetty tietokanta, joka tunnetaan nimellä BANC (Brain and Nerve Cord), rakennettiin luomalla tuhansia sarjaleikkeitä yhdestä banaanikärpäsestä, kuvaamalla ne elektronimikroskopialla ja käyttämällä tekoälyä miljoonien kuvien yhdistämiseen yhtenäiseksi kolmiulotteiseksi kartaksi.eurekalert+1

Hajautettu kontrolli, ei keskitetty komento

Tutkimuksen keskeinen havainto kumoaa pitkään vallinneen oletuksen neurotieteessä. Sen sijaan, että aivoissa oleva keskitetty ohjain ohjaisi eläimen toimintaa, banaanikärpäsen motorinen kontrolli toimii ensisijaisesti paikallisella tasolla – esimerkiksi kärpäsen jalan liikettä säätelevät pääasiassa kyseiselle jalalle omistetut hermoverkot, jotka sitten koordinoivat muiden raajojen piirien kanssa tuottaakseen monimutkaisia käyttäytymismalleja, kuten kävelemistä.hms.harvard+1

"Havaintomme viittaavat siihen, että toimintojen kontrolli on erittäin hajautettu paikallisiin moduuleihin, jotka linkittyvät ja toimivat yhdessä eri tavoin", sanoi toinen ensimmäisistä kirjoittajista Alexander Bates.eurekalert

Vaikutukset tekoälyyn, robotiikkaan ja muuhun

Koko konnektomi on vapaasti saatavilla verkossa, ja tutkijat vetävät yhtäläisyyksiä ihmisen genomiprojektiin avoimena resurssina, jolla on laajoja sovelluksia. Toinen ensimmäisistä kirjoittajista Helen Yang totesi, että edistyneetkään tekoälyjärjestelmät eivät pysty toistamaan banaanikärpäsen käyttäytymisohjelmistoa: "Hermoston organisaatiosta voi löytyä opetuksia tekoälylle".hms.harvard+1

Työtä tukivat Yhdysvaltain BRAIN-aloite, National Institutes of Health ja National Science Foundation. Lee tutkii parhaillaan, onko vastaavaa hajautettua kontrollia olemassa hiirillä – kysymys, jolla on suora merkitys nisäkkäiden hermostojen ymmärtämiselle.eurekalert+1