Oamenii de știință au dezvăluit prima hartă completă a creierului unei insecte

• Oamenii de știință au dezvăluit prima hartă completă a creierului unei insecte.
• Harta cuprinzătoare, numită connectom, a necesitat 12 ani de muncă meticuloasă pentru a fi construită.
• Aceasta arată locația tuturor celor 3.016 neuroni din creierul unei larve de muscă de fructe (Drosophila melanogaster).

Oamenii de știință au dezvăluit prima hartă completă a creierului unei insecte. Harta cuprinzătoare, numită connectom, a necesitat 12 ani de muncă meticuloasă pentru a fi construită și arată locația tuturor celor 3.016 neuroni din creierul unei larve de muscă de fructe (Drosophila melanogaster). Între aceste celule cerebrale se află 548.000 de puncte de conexiune, sau sinapse, unde celulele își pot trimite reciproc mesaje chimice care, la rândul lor, declanșează semnale electrice care călătoresc prin cablajul celulelor.

Cercetătorii au identificat rețele prin care neuronii dintr-o parte a creierului trimit date către cealaltă parte, a raportat echipa la 9 martie în revista Science. Echipa a clasificat, de asemenea, 93 de tipuri distincte de neuroni, care diferă prin forma lor, funcția propusă și modul în care se conectează la alți neuroni.

Noul conectom este remarcabil prin caracterul său complet, au declarat experții pentru Live Science.

„Acest studiu este primul care reușește să cartografieze întregul creier central al unei insecte și astfel să caracterizeze toate căile sinaptice ale tuturor neuronilor”, au declarat pentru Live Science, într-un e-mail comun, Nuno Maçarico da Costa și Casey Schneider-Mizell, membri ai grupului Neural Coding de la Allen Institute for Brain Science din Seattle, care nu au fost implicați în această inițiativă.

În 2020, un alt grup de cercetare a publicat un conectom parțial al unei muște de fructe adulte care conținea 25.000 de neuroni și 20 de milioane de sinapse. Dar oamenii de știință au conectome complete pentru doar alte trei organisme: un nematod, o larvă de mare și o larvă de vierme marin. Fiecare dintre aceste conectome conține câteva sute de neuroni și nu are emisferele distincte ale creierului observate la insecte și mamifere, a declarat co-autorul principal al studiului, Joshua Vogelstein, director și co-fondator al laboratorului NeuroData de la Universitatea Johns Hopkins.

Mai mult de 80 de persoane au ajutat la construirea noului conectom, a declarat pentru Live Science, într-un e-mail, Michael Winding, primul autor al studiului, cercetător asociat la Departamentul de Zoologie al Universității Cambridge. Pentru a face acest lucru, oamenii de știință au tăiat subțire un creier de muscă larvară în 5.000 de secțiuni și au făcut imagini microscopice ale fiecărei secțiuni. Ei au asamblat aceste imagini pentru a forma un volum 3D. Apoi, echipa a analizat imaginile, a identificat celulele individuale din ele și le-a trasat manual firele.

Harta rezultată i-a surprins pe oamenii de știință din mai multe puncte de vedere. De exemplu, oamenii de știință tind să se gândească la neuronii care trimit mesaje de ieșire prin fire lungi numite axoni și primesc mesaje prin fire mai scurte și ramificate numite dendrite. Cu toate acestea, există excepții de la această regulă și se pare că conexiunile de la axon la axon, de la dendrită la dendrită și de la dendrită la axon reprezintă aproximativ o treime din sinapsele din creierul larvelor de muscă, a declarat Winding.

Connectomul a fost, de asemenea, surprinzător de „superficial”, ceea ce înseamnă că informațiile senzoriale primite trec prin foarte puțini neuroni înainte de a ajunge la unul implicat în controlul motor, care poate direcționa musca pentru a efectua un comportament fizic, a spus Vogelstein. Pentru a atinge acest nivel de eficiență, creierul are încorporate „scurtături” între circuite care seamănă oarecum cu cele din sistemele de inteligență artificială de ultimă generație, a spus Winding.

Una dintre limitările conectomei este că nu surprinde care neuroni sunt excitatori, ceea ce înseamnă că îi determină pe alți neuroni să se activeze, sau inhibitori, ceea ce înseamnă că fac ca neuronii să se activeze mai puțin, a spus Schneider-Mizell. Aceste dinamici afectează modul în care informațiile circulă prin creier, a spus el.

Cu toate acestea, connectomul deschide ușa pentru multe progrese viitoare, cum ar fi sisteme de inteligență artificială mai eficiente din punct de vedere energetic și o mai bună înțelegere a modului în care oamenii învață, a spus Vogelstein.

„Oamenii fac lucruri precum luarea de decizii, învățarea, navigarea în mediul înconjurător, mâncarea”, a spus el. „Și la fel fac și muștele. Și există motive întemeiate pentru a crede că mecanismele pe care muștele le au pentru a pune în aplicare aceste tipuri de funcții cognitive se regăsesc și la oameni.”