Prva potpuna mapa mozga voćne mušice otvara put ka razumevanju ljudskih neuroloških poremećaja

Foto: Shutterstock / Arif_Vector

Naučnici iz različitih delova sveta, okupljeni u FlyWire konzorcijum, postigli su prekretnicu u neuronauci stvaranjem prve kompletne mape neuronskih veza mozga odrasle voćne mušice. Ova mapa sadrži 139.255 neurona i čak 50 miliona veza između njih, omogućavajući detaljan uvid u to kako funkcioniše složeni mozak insekta koji može hodati i videti. Ovaj poduhvat, koji je objavljen u prestižnom časopisu Nature, predstavlja pionirski korak u razumevanju neuronskih mreža, čije će rezultate koristiti naučnici širom sveta u istraživanju neuroloških funkcija i poremećaja, piše SciTech Daily.

Jedan od ključnih aspekata ovog istraživanja je način na koji je ova složena mapa napravljena. Naučnici su radili na mozgu ženke voćne mušice, koji je isečen na 7.000 izuzetno tankih slojeva debljine svega 40 nanometara, što je oko hiljadu puta tanje od ljudske dlake. Ovi slojevi su zatim skenirani uz pomoć visokorezolucione elektronske mikroskopije, generišući više od 100 terabajta podataka sa slikama – količinu podataka koja odgovara kapacitetu skladištenja 100 tipičnih laptopova.

Preporučujemo

Analiziranje ovih podataka bio je ogroman izazov. Preko 287 istraživača iz 76 laboratorija širom sveta uložilo je ekstremno mnogo vremena u ručnu proveru i korekciju podataka. Da bi prevazišli ovako zahtevne zadatke, istraživači su koristili naprednu veštačku inteligenciju razvijenu na Univerzitetu Prinston, koja je pomogla u identifikaciji i mapiranju neurona i njihovih veza. Međutim, i pored upotrebe AI, sistem je i dalje pravio greške koje je bilo neophodno ručno ispraviti.

Mozak odrasle voćne mušice, iako manji od jednog milimetra, predstavlja složen sistem koji omogućava insektu da obavlja različite aktivnosti, uključujući hodanje, letenje, navigaciju i reproduktivno ponašanje poput pevanja mužjaka. Ova mapa je prva kompletna slika mozga životinje koja može hodati i videti, čime nadmašuje prethodne mape manjih organizama, poput larve voćne mušice, koja ima 3.016 neurona, ili nematode sa 302 neurona.

Prema rečima dr Gregori Jeferisa, istraživača iz MRC Laboratorije za molekularnu biologiju i Univerziteta Kembridž, ova mapa je ključni korak ka razumevanju složenijih mozgova.

- Ako želimo da razumemo kako mozak funkcioniše, moramo da imamo mehanističko razumevanje kako su svi neuroni povezani i kako omogućavaju razmišljanje - izjavio je Jeferis, dodajući da mušice izvode mnoge složene aktivnosti koje će biti osnova za dalja istraživanja neuronskih mreža kod većih organizama, uključujući ljude.

Jedan od najvažnijih aspekata ove mape je njena dostupnost. Kako je objasnila dr Mala Murti sa Univerziteta Prinston, baza podataka je otvorena i besplatno dostupna svim istraživačima širom sveta. - Nadamo se da će ovo biti transformativno za neuronaučnike koji pokušavaju da bolje razumeju kako funkcioniše zdrav mozak - izjavila je Murti, naglašavajući važnost ove mape u razumevanju i potencijalnom lečenju mentalnih poremećaja u budućnosti.

Takođe, istraživači su otkrili zanimljivosti vezane za varijacije u neuronskim vezama. Otprilike 0,5% neurona pokazuje razvojne varijacije koje mogu dovesti do pogrešnog povezivanja između neurona. Ovo otkriće otvara vrata budućim istraživanjima koja će ispitati da li ove varijacije imaju uticaj na individualnost ili su povezane sa neurološkim poremećajima.

Ova mapa je, takođe, prva mapa celokupnog mozga koja može predvideti funkciju svih neuronskih veza. Neuroni komuniciraju putem sinapsi, prenoseći električne signale. Sinapse mogu biti ekscitatorne, koje podstiču prenos signala, ili inhibitorne, koje smanjuju verovatnoću prenosa. Korišćenjem veštačke inteligencije, istraživači su uspeli da predvide da li je svaka sinapsa ekscitatorna ili inhibitorna, što omogućava dalju simulaciju funkcionisanja mozga.

Prema dr Filipu Šlegelu, jednom od vodećih autora istraživanja, ova mapa je poput „Google mapa za mozak“. Iako je osnovna struktura mapa neuronskih veza, potrebno je dodati oznake koje identifikuju funkcionalne sisteme, poput neuronskih mreža zaduženih za vid ili pokret.

- Ovo je važan početak, ali biće potrebno prikupiti mnogo različitih podataka kako bismo proizveli pouzdane simulacije funkcionisanja mozga - zaključio je Jeferis.

Istraživanje se nastavlja, a naučnici planiraju da mapiraju i mozak mužjaka voćne mušice, budući da postoje razlike u neuronskim strukturama između polova. Očekuje se da će ove mape omogućiti detaljnija istraživanja o ulozi pola u neuronskim mrežama i njihovom funkcionisanju.

Ova monumentalna studija ne samo da pruža neprocenjive uvide u mozak mušice, već otvara put za dalja istraživanja na većim životinjama i ljudima, približavajući nas razumevanju i simulaciji složenih funkcija mozga.

(Telegraf Nauka / SciTech Daily)