U pothvatu koji se prije samo nekoliko godina činio neostvarivim, međunarodni istraživački konzorcij danas je predstavio prvi potpuni dijagram ožičenja cijelog mozga vinske mušice.
Sama karta je popraćena spremištem papira, koji pokazuju kako ovo otkriće već dovodi do novih naučnih otkrića - i još mnogo toga dolazi.
Zašto nam uopće trebaju moždane mape?
Karte koje prikazuju svaki neuron u mozgu i sve bezbrojne veze između njih nazivaju se konektomima. Prvi organizam koji je mapiran na ovaj način bio je crv Caenorhabditis elegans, nakon što je njegov živčani sustav u cijelosti opisan u temeljnom radu 1986.
Rad je oblikovao budućnost istraživanja C. elegansa – jednog od naših najčešće korištenih modelni organizmi – a njegov se utjecaj osjeća i dan danas.
Ali C. elegans zapravo nema mozak. Barem ne onaj koji bismo mi prepoznali. Uspijeva napraviti neke prilično cool stvari sa samo "živčanim prstenom", čak i demonstrirajući neka osnovna učenja, ali trebate potražiti negdje drugdje ako se uopće želite približiti složenosti ljudskog mozga.
Tu nastupa Drosophila melanogaster. Vinska mušica jedan je od najkorisnijih modelnih organizama u neuroznanosti.
"Muhe mogu raditi razne komplicirane stvari kao što su hodanje, letenje, navigacija, a mužjaci pjevaju ženkama", objasnio je dr. Gregory Jefferis sa Sveučilišta u Cambridgeu, jedan od suvoditelja novog istraživanja, u izjavi. Sve to mogu postići zahvaljujući 139 255 neurona u svom mozgu, povezanih s preko 50 miliona sinapsi.
"Ako želimo razumjeti kako mozak funkcionira, potrebno nam je mehaničko razumijevanje kako se svi neuroni uklapaju zajedno i omogućuju vam razmišljanje", nastavio je Jefferis. "Za većinu mozgova nemamo pojma kako te mreže funkcioniraju."
Zbog toga su mnogi naučnici zaokružili polje konektomike i prepoznali vrijednost mapiranja mozga na ovu razinu.
Kako smo došli ovdje?
Konzorcij FlyWire pokrenut je kao način iskorištavanja najnovije tehnologije i spajanja stručnosti iz desetaka laboratorija širom svijeta, s ciljem proizvodnje potpunog konektoma mozga vinske mušice. Ali zadatak s kojim su se suočili bio je zastrašujući. “Prije samo nekoliko godina, dobivanje kompletnog konektoma Drosophile činilo se nedostižnim,” piše Anita V. Devineni u članku News & Views koji prati nove objavljene radove.
C. elegans sadrži samo 302 neurona. Naučnici su također prethodno mapirali mozak larve vinske mušice, koja sadrži oko 3000. No za odraslu vinsku mušicu to bi morali povećati na blizu 140.000 – a čak i to je još uvijek manje od ljudskog mozga, za koji se smatra da ih sadrži više od 80 milijardi.
Karta je započela s 21 milionom slika mozga odrasle ženke vinske mušice (volimo to vidjeti). Uz pomoć umjetne inteligencije (AI), slike su poravnate i generirane su 3D rekonstrukcije pojedinačnih neurona. Ovaj "prvi nacrt" zatim je morao biti mukotrpno lektoriran, pa je konzorcij angažirao pomoć stotina istraživača i naučnika građana iz cijelog svijeta - procjenjuje se da bi jednoj osobi za ovaj posao trebalo puno vremena 33 godine.
"U 2021. samo je 15 posto neurona bilo lektorirano", rekla je dr. Shelli Avenevoli u drugoj izjavi, pa je nevjerojatno pomisliti koliki je napredak postignut u samo tri godine.
Ostali postojeći podaci iskorišteni su za identifikaciju i kategorizaciju sinapsi – svih 50 miliona! – a onda je došao zadatak “čitanja” karte.
U jednom od radova, Jefferis, zajedno s Davijem Bockom sa Sveučilišta u Vermontu i drugim kolegama, komentira različite vrste neurona koji se mogu naći u mozgu. Ima ih ukupno više od 8400, od kojih je više od 4500 potpuno novih u znanosti.
Uz neke od 3D animacija generiranih u različitim istraživačkim projektima, možemo dobiti uvid duboko u različite dijelove mozga. Ovdje se možete vinuti u slušne neurone muhe, stanice koje ženka koristi za otkrivanje pjesama potencijalnih partnera.
