Forskare har för första gången kartlagt varje neuron i en han-bananflugas hjärna

Ett internationellt forskarteam har kartlagt varje neuron i centrala nervsystemet hos en vuxen han-bananfluga, vilket resulterat i det mest kompletta kopplingsschema som någonsin skapats för ett komplext djur. Konnektomet, som publicerades på torsdagen i tidskriften Cell, kartlägger mer än 166 000 neuroner i hjärnan, båda synloberna och den ventrala nervsträngen, samt identifierar över 11 000 distinkta celltyper.blog+1

Bedriften, som leddes av HHMIs Janelia Research Campus i samarbete med Google Alphabet Inc. ↘ 1.11% Research och institutioner över hela Europa, kröner nästan två decenniers arbete. Den kommer ungefär ett år efter publiceringen av en komplett hjärnkarta över en hon-bananfluga som omfattade cirka 140 000 neuroner. Tillsammans gör de två konnektomen det möjligt för forskare att för första gången jämföra den neurala arkitekturen hos båda könen hos ett djur som uppvisar komplext socialt beteende.livescience

Från skepticism till milstolpe

När Janelias grundande verkställande direktör Gerry Rubin föreslog projektet 2008 ansåg många neuroforskare att det var ogenomförbart. Det enda färdiga konnektomet vid den tiden tillhörde rundmasken C. elegans, med bara 302 neuroner, en bedrift som i sig tog över ett decennium. Att kartlägga en bananflugas hjärna med över 100 000 neuroner, menade kritiker, skulle ta för lång tid och kosta för mycket.phys

Rubins team ägnade år åt att utveckla verktygen för att bevisa motsatsen. Forskare under ledning av seniora gruppledaren Harald Hess förfinade en högupplöst avbildningsteknik känd som fokuserad jonstråle-skanning-elektronmikroskopi, medan samarbetspartners vid Google Research byggde beräkningsmetoder, inklusive AI-driven neuronspårning, för att påskynda bildtolkningen. Mänskliga korrekturläsare spelade fortfarande en avgörande roll, där motsvarande 44 personer arbetade under ett helt år för att finjustera kartan.english.elpais

Kön, smak och syn

Fyra kompletterande artiklar som publicerades tillsammans med huvudstudien använder den nya datan för att utforska bananflugans neurobiologi. En av dem identifierade flera hundra könsspecifika celltyper, vilket motsvarar 4,8 % av neuronerna i hanhjärnan och 2,4 % i honhjärnan. Ett nätverk av cirka 100 hanspecifika interneurontyper verkar koordinera beteenden som uppvaktningssång och fysisk aggression.english.elpais+1

En andra studie, ledd av Carlos Ribeiro vid Champalimaud Foundation, spårade flugans hela smaksystem från smakreceptorer utspridda över kroppen till de motorneuroner som styr födointaget. Kartan avslöjade hur vissa smakneuroner inuti svalget kopplas till insulinproducerande celler, vilket ger en förklaring på kopplingsnivå för hur hormonella svar kan påbörjas innan näringsämnen absorberas.eurekalert

En tredje artikel visade att visuell bearbetning sträcker sig djupt in i hjärnan och engagerar mer än hälften av flugans neurontyper.phys

Vad händer härnäst

Janelia tillämpar nu lärdomarna från flugan på ryggradsdjurs hjärnor, med pågående projekt för att kartlägga konnektomen hos larver av zebrafisk och vuxna Danionella, en fisk som förblir genomskinlig under hela sitt liv. "Detta arbete ger också en teknisk färdplan för mer ambitiösa konnektomikprojekt i framtiden, såsom de för möss och människor", sade Ribeiro.livescience+1