On yıl sonra bilim insanları sineğin beynini çarpıcı ayrıntılarla ortaya çıkardı

Meyve sineğinin beyni haşhaş tohumundan daha küçüktür, ancak bu küçük alana muazzam bir karmaşıklık sığdırır. Dört mavi balina uç uca dizildiği sürece 140.000’den fazla nöron 120 metreden fazla tel ile birbirine diziliyor.

Yüzlerce bilim insanı bir dizi araştırma makalesinde bu bağlantıları çarpıcı ayrıntılarla ortaya koydu yayınlandı Çarşamba Doğa’da. Bağlantı şeması, nesiller boyu Drosophila melanogaster sinek türünün sinir sistemini inceleyen araştırmacılar için bir nimet olacak.

Daha önce küçük solucan tek solucandı Yetişkin hayvan Beyni tamamen yeniden inşa edildi ve sinir sisteminin tamamında yalnızca 385 nöron kaldı. Çalışmaya liderlik eden Princeton Üniversitesi’nden nörobiyolog Mala Murthy, yeni sinek haritasının “ilk kez herhangi bir karmaşık beynin tam bir haritasına sahip olduğumuz” olduğunu söyledi.

Diğer araştırmacılar, sineğin beynindeki devreleri analiz etmenin, beyinleri 86 milyar nöron içeren insanlar da dahil olmak üzere diğer türler için geçerli olan ilkeleri ortaya çıkaracağını söyledi.

Yeni bir çalışmada araştırmacılar, duyusal sinyallerin beyinde nasıl aktığı ve beyni komut vermeye nasıl yönlendirdiği konusundaki gizemi ele alıyor. Sinek beyninin tamamının bilgisayar simülasyonunu oluşturdular. Simüle edilmiş tatlar sunulduğunda yapay beyin, dili dışarı çıkaracak sinyaller üretir.

Princeton Üniversitesi’ndeki projenin bir diğer lideri Sebastian Seung, simülasyonların kendisine “zihin yüklemenin” beynimizi bilgisayarlara aktarmamıza nasıl izin verebileceğine dair uzun süredir devam eden spekülasyonları hatırlattığını söyledi.

Dr. Seung, “Beyin yükleme eskiden bilim kurguydu, ancak beyin yükleme – en azından sinek için – artık ana akım bilimdir” dedi.

Haritalama, 2013 yılında, Howard Hughes Tıp Enstitüsü’nün Virginia’daki Janelia Araştırma Kampüsü’nde çalışan sinir bilimci Duffy Bock ve meslektaşlarının yetişkin bir sineğin beynini kimyasal bir banyoya daldırıp katı bir kütleye dönüştürmesiyle başladı. Kütlenin üst kısmından son derece ince bir tabakayı kazıdılar ve fotoğraflarını çekmek için mikroskop kullandılar.

Daha sonra bilim adamları başka bir katmanı tıraş edip yeni bir fotoğraf çektiler. ile Beynin tamamını yakalayın7.050 klip çektiler ve yaklaşık 21 milyon görüntü ürettiler.

Dr. Seong ve meslektaşları da bu görüntüleri yorumlayacak bir yazılım geliştirdiler. Bilgisayarları, her görüntüdeki nöronların kesitlerini tanıyacak ve bunları 3 boyutlu hücre şekilleri halinde istifleyecek şekilde programladılar.

Bilgisayarlar bazen doğrudan birbirinin içinden geçen iki nöron oluşturmak gibi hatalar yapabilir. Uzmanlardan ve meyve sineği meraklılarından oluşan bir ekip haritayı inceleyerek hataları düzeltti.

Bilim adamlarının ilkini üretmesi on yıldan fazla zaman aldı Yüksek çözünürlüklü model Bir sineğin beyninden. Cambridge Üniversitesi’nden sinir bilimci Gregory Jeffress ve meslektaşları, nöronların farklı şekillerine dayanarak hücreleri şu şekilde sınıflandırdı: 8.453 farklı türBu onu herhangi bir beyindeki hücre tiplerinin en geniş kataloğu yapar. (Bilim insanları insan beyninde yalnızca 3.300 hücre tipi tespit etti.)

Dr. Murthy ve meslektaşları haritadaki nöronları takip ederek bu farklı hücre türlerinin ne yaptığına dair ipuçları toplayabildiler.

Örneğin bazı nöron türleri sineklere yürümelerini söyler Durmak için. Araştırmacılar, bir devrenin sineği yürüme komutlarını engelleyerek durdurduğunu, ikinci devrenin ise bacaklarının eklemlerini güçlendirerek sineği durdurduğunu buldu.

Berkeley’deki Kaliforniya Üniversitesi’nden Philip Chiu ve meslektaşları haritayı bir model oluşturmak için kullandılar Sanal bir sineğin beyniSimüle edilmiş nöronların sinyalleri bağlı hücrelere ilettiği yer.

Dr. Chiu’nun ekibi simüle edilmiş beyni, yiyeceğe nasıl tepki verdiğini görerek test etti. Sineğin dile benzeyen hortumu şekere duyarlı sinir hücreleriyle kaplıdır. Araştırmacılar onu etkinleştirdi ve sineğin beynindeki sinyallerin akışını izledi.

Simüle edilmiş beyin, gerçek bir beynin yaptığını yaptı: Sineğin yiyebilmesi için hortumun dışarı çıkmasını emretti. Eğer varsayımsal sinek, hortumunun yalnızca sağ tarafında şeker tadı alırsa, beyin onu sağa doğru eğmesi için komutlar gönderir.

Projede yer almayan Emory Üniversitesi’nden meyve sineği uzmanı Anita Devineni, yeni deneyler planlamak için yeni kaynağa güvendiğini söyledi. “Bunu yaptığımız her şeyde kullanıyoruz” dedi.

Murthy ve meslektaşları, sineğin haritasını, karmaşık beyinlerin temel kurallarını keşfetmek için kullanmayı umuyorlar; örneğin nöronların kablolarının, sinyallerin tüm beyne hızlı bir şekilde yayılmasına nasıl izin verdiği gibi. Ancak aynı zamanda daha büyük beyinlerin aynı kurallara uymayabileceğinin de farkındalar.

Şimdi araştırmacılar daha iddialı bir harita geliştirmek için yola çıkıyor: Fare beyniBir sineğin yaklaşık 1000 katı kadar nöron içerir.

Projede yer almayan Seattle’daki Allen Beyin Bilimi Enstitüsü’nden sinir bilimci Hongkui Zheng, sinek haritasının tamamlanmasının fare beyni projesini hızlandırmaya yardımcı olabileceğini söyledi. Dr. Zeng, hayatımızın yeni haritasını tamamlamak için bu tür iyileştirmelerin gerekli olduğunu söyledi.

Dr. Zeng, “Herhangi bir gelişme büyük bir fark yaratabilir” dedi. “10.000 yıl bekleyemeyiz.”