تمكن العلماء من إنشاء أول خريطة مفصلة لدماغ الحشرات مع 3016 خلية عصبية

أنشأ باحثون من جامعات جونز هوبكنز وكامبريدج أول خريطة على الإطلاق لأنماط الأسلاك لكل خلية عصبية في دماغ يرقات ذبابة الفاكهة.

تصور الشبكة العصبية التي تم إنشاؤها بدقة ، والتي استغرق إكمالها 12 عامًا ، مواقع جميع الخلايا العصبية البالغ عددها 3016 في دماغ يرقات ذبابة الفاكهة (Drosophila melanogaster). تسمح الـ 548000 نقطة الاشتباك العصبي التي تربط خلايا الدماغ هذه الخلايا بالتواصل كيميائيًا مع بعضها البعض ، مما يؤدي بدوره إلى إرسال إشارات كهربائية عبر أسلاك الخلايا.

ترتبط الخلايا العصبية في الجهاز العصبي للكائن الحي ، بما في ذلك الدماغ ، ببعضها البعض عن طريق نقاط الاشتباك العصبي. من خلال مواقع الاتصال هذه ، يتم نقل المواد الكيميائية التي تحمل المعلومات من خلية عصبية إلى أخرى ، كما تقول جامعة كامبريدج.

Connectome: خريطة 3016 خلية عصبية

تتشابه هياكل دماغ يرقات ذبابة الفاكهة مع تلك الموجودة في ذبابة الفاكهة البالغة وغيرها من الحشرات الأكبر حجمًا. تمتلك قدرات سلوكية مختلفة ، بما في ذلك التعلم واختيار العمل.

"الشبكة العصبية" هي خريطة 3016 خلية عصبية تشكل دماغ يرقة ذبابة الفاكهة والشبكة المعقدة من المسارات العصبية داخلها.

هذا هو أكثر الشبكات العصبية شمولاً للدماغ البشري حتى الآن. يمثل رسم خرائط مناطق الدماغ الأساسية ، مثل تلك الموجودة في الدودة المستديرة C. elegans ، التي لا تحتوي إلا على بضع مئات من الخلايا العصبية ، تقدمًا مهمًا مقارنة بالجهود السابقة.

تؤثر طريقة هيكلة دارة الدماغ على العمليات الحسابية التي يمكن أن يقوم بها الدماغ. قال البروفيسور مارتا زلاتيك من قسم علم الحيوان بجامعة كامبريدج ومختبر مجلس البحوث الطبية للبيولوجيا الجزيئية (MRC LMB) ، حتى هذه النقطة ، لم نر بنية أي دماغ باستثناء الكائنات الحية البسيطة جدًا.

"حتى الآن ، كانت أنماط الدوائر الفعلية المشاركة في معظم حسابات الدماغ غير معروفة. الآن يمكننا البدء في اكتساب فهم ميكانيكي لكيفية عمل الدماغ ".

التكنولوجيا الحالية غير كافية

لا تسمح الحالة الحالية للتكنولوجيا برسم خرائط للشبكات العصبية للأنواع الأكثر تعقيدًا ، مثل الثدييات الكبيرة . ومع ذلك ، نظرًا لأن جميع الأدمغة تتكون من شبكات من الخلايا العصبية المترابطة ، يعتقد الباحثون أن خريطتهم الجديدة ستكون بمثابة مرجع دائم للدراسات المستقبلية لوظيفة الدماغ في الحيوانات الأخرى.

ابتكر الباحثون أدوات كمبيوتر للتعرف على طوبولوجيا الدوائر المختلفة وقنوات تدفق المعلومات المحتملة في دماغ الحشرة. اكتشفوا أن العديد من الخصائص الهيكلية تشبه معمارية التعلم العميق الحديثة.

تتمثل الخطوة التالية في استكشاف المزيد لمعرفة المزيد حول ، على سبيل المثال ، دوائر الدماغ اللازمة لعمليات سلوكية معينة ، مثل التعلم واتخاذ القرار ، وفحص النشاط في الشبكة العصبية بأكملها عندما تعمل الحشرة.

نُشرت الدراسة في Science Advance في 10 مارس.

ملخص الدراسة:

خريطة اتصال ذات دقة متشابكة على مستوى الدماغ - شبكة عصبية - ضرورية لفهم كيفية قيام الدماغ بتوليد السلوك. ومع ذلك ، بسبب القيود التكنولوجية ، كان تصوير العقول بأكملها باستخدام المجهر الإلكتروني (EM) وإعادة بناء الدوائر من مجموعات البيانات هذه يمثل تحديًا. حتى الآن ، تم تعيين الشبكة العصبية الكاملة لثلاثة كائنات فقط ، لكل منها عدة مئات من الخلايا العصبية في الدماغ: الديدان الخيطية C. elegans ، ويرقة بخ البحر Ciona intestinalis ، و Platynereis dumerilii. تم الاقتراب من مخططات الدوائر ذات الدقة المشبكية لأدمغة أكبر ، مثل الحشرات والأسماك والثدييات ، من خلال النظر في مناطق فرعية مختارة في عزلة. ومع ذلك ، فإن الحسابات العصبية تمتد إلى مناطق دماغية مشتتة مكانيًا ولكنها مترابطة ،