Cea mai mare hartă a creierului realizată vreodată dezvăluie neuronii muștei de fructe în cele mai mici detalii

Pot să meargă, să planeze, iar masculii pot chiar să cânte cântece de dragoste pentru a-și cuceri partenerele – toate acestea cu un creier care este mai mic decât un vârf de ac.

Acum, pentru prima dată, oamenii de știință care cercetează creierul unei muște de fructe au identificat poziția, forma și conexiunile fiecăreia dintre cele 130 000 de celule și 50 de milioane de conexiuni ale acestuia, scrie revista Nature.

Este cea mai detaliată analiză a creierului unui animal adult realizată vreodată.

Un specialist de frunte în domeniul creierului, independent de noua cercetare, a descris descoperirea drept un „salt uriaș” în înțelegerea propriului creier.

Unul dintre conducătorii cercetării a declarat că aceasta va arunca o lumină nouă asupra „mecanismului gândirii”.

Dr. Gregory Jefferis, de la Medical Research Council’s Laboratory of Molecular Biology (LMB) din Cambridge, a declarat pentru BBC News că în prezent nu avem nicio idee despre modul în care rețeaua de celule cerebrale din creierele noastre ne permite să interacționăm între noi și cu lumea din jurul nostru.

„Care sunt conexiunile? Cum circulă semnalele prin sistemul care ne poate permite să procesăm informațiile pentru a vă recunoaște fața, care vă permite să îmi auziți vocea și să transformați aceste cuvinte în semnale electrice?

„Cartografierea creierului de muscă este cu adevărat remarcabilă și ne va ajuta să înțelegem cu adevărat cum funcționează propriul nostru creier.”

Noi avem de un milion de ori mai multe celule cerebrale, sau neuroni, decât musculițele care a fost studiată.

Așadar, cum poate schema electrică a creierului unei insecte să-i ajute pe oamenii de știință să afle cum gândim noi?

Imaginile produse de oamenii de știință, publicate în revista Nature, arată o încâlceală de cabluri pe cât de frumoasă, pe atât de complexă.

Forma și structura sa reprezintă cheia pentru explicarea modului în care un organ atât de mic poate îndeplini atât de multe sarcini computaționale puternice. Dezvoltarea unui computer de mărimea unei semințe de mac, capabil să îndeplinească toate aceste sarcini, depășește cu mult capacitatea științei moderne.

Dr. Mala Murthy, un alt co-lider al proiectului, de la Universitatea Princeton, a declarat că noua schemă electrică, cunoscută sub denumirea științifică de connectom, ar fi „transformatoare pentru neuroștiințe”.

„Va ajuta cercetătorii care încearcă să înțeleagă mai bine cum funcționează un creier sănătos. În viitor, sperăm că va fi posibil să comparăm ce se întâmplă atunci când lucrurile merg prost în creierele noastre.”

Acesta este un punct de vedere susținut de Dr. Lucia Prieto Godino, un lider de grup în cercetarea creierului la Institutul Francis Crick din Londra, care este independent de echipa de cercetare.

„Cercetătorii au finalizat harta conexiunilor din creierul unui simplu vierme care are 300 de fire și al unui vierme care are trei mii, dar a avea un harta unui creier cu 130 000 de fire este o performanță tehnică uimitoare care deschide calea pentru a găsi sistemul de conectare al unor creiere mai mari, cum ar fi șoarecele și poate, în câteva decenii, al nostru.”

Cercetătorii au reușit să identifice circuite separate pentru multe funcții individuale și să arate cum sunt acestea conectate.

”Firele” implicate în mișcare, de exemplu, se află la baza creierului, în timp ce cele pentru procesarea vederii se află spre lateral. Există mult mai mulți neuroni implicați în aceasta din urmă, deoarece vederea necesită mult mai multă putere de calcul.

Deși oamenii de știință știau deja despre circuitele separate, nu știau cum sunt conectate între ele.

De ce sunt muștele atât de greu de învins?

Alți cercetători folosesc deja diagramele circuitelor, de exemplu pentru a afla de ce muștele sunt atât de greu de învins.

Circuitele vizuale detectează direcția din care vine ziarul înfășurat și transmit semnalul către picioarele muștelor.

Dar, în mod esențial, acestea trimit un semnal de salt mai puternic către picioarele care se îndepărtează de obiectul morții lor iminente.

Așadar, s-ar putea spune că ele sar fără să se gândească – literalmente mai repede decât viteza gândirii.

Această descoperire poate explica de ce noi, oamenii greoi, rareori strivim muște.

Creierul muștelor a fost feliat, iar conexiunile refăcute cu ajutorul inteligenței artificiale

Schema electrică a fost realizată prin felierea creierului unei muște cu ajutorul unei răzătoare microscopice, fotografierea fiecăreia dintre cele 7 000 de felii și asamblarea lor digitală. Apoi, echipa Princeton a aplicat inteligența artificială pentru a extrage formele și conexiunile tuturor neuronilor.

Dar inteligența artificială nu a fost perfectă – cercetătorii au trebuit să repare manual peste trei milioane de greșeli.

Acesta a fost în sine un tur de forță tehnic, dar munca a fost făcută doar pe jumătate.

Harta în sine era lipsită de sens dacă nu exista o descriere a ceea ce ar fi trebuit să facă fiecare fir, potrivit Dr. Philipp Schlegel, care face parte și din Laboratorul de Biologie Moleculară al Consiliului de Cercetare Medicală.

„Aceste date sunt un pic ca Google Maps, dar pentru creiere: diagrama brută a cablajelor dintre neuroni este ca și cum ai ști ce structuri corespund străzilor și clădirilor. A descrie neuronii este ca și cum ai adăuga pe hartă numele străzilor și orașelor, orele de deschidere ale întreprinderilor, numerele de telefon, recenziile etc. Ai nevoie de ambele pentru ca aceasta să fie cu adevărat utilă”.

Harta creierului muștelor este disponibil pentru orice om de știință care dorește să îl folosească pentru a-și ghida cercetările. Dr. Schlegel crede că lumea neuroștiințelor va asista la „o avalanșă de descoperiri în următorii doi ani” datorită acestei noi hărți.

Creierul uman este mult mai mare decât cel al unei muște de fructe, iar noi nu dispunem încă de tehnologia necesară pentru a capta toate informațiile despre felul în care sunt legate conexiunile din interiorul său .

Dar cercetătorii cred că poate în 30 de ani va fi posibil să avem o harta a creierului uman.

Creierul de muscă, spun ei, este un început al unei noi înțelegeri, mai profunde, a modului în care funcționează propriile noastre minți.

Cercetarea a fost în urma unei mari colaborări internaționale a oamenilor de știință, numită Consorțiul FlyWire.