Kartoitettujen 140 000 neuronin myötä tiedeyhteisöllä on nyt käytössään kattava aivokartta, joka on vuosikymmenen tutkimustyön tulos. Tavoitteena? Purkaa neuroniverkot.
3D-käyttöliittymä mahdollistaa aivojen rakenteen valitsemisen ja navigoinnin.
Princetoniin kuuluvien tutkijoiden johtama Flywire-projekti on käyttänyt drosofiilia kehittääkseen ennennäkemättömän "konektonin". Miksi kärpänen? Sen vaatimaton koko helpottaa analyysejä samalla kun se tarjoaa monimutkaisempia käyttäytymismalleja, jotka ovat lähellä ihmisten käyttäytymistä.
Yksi neurotieteen suurimmista haasteista on edelleen neuroniverkkojen ymmärtäminen ja niiden rooli sairauksissa, kuten Alzheimerin tai Parkinsonin taudissa. Aivojen yhteyksien tuntemattomuus rajoittaa tehokkaiden hoitojen kehittämistä.
Tämän uuden kartan avulla tutkijat ovat tunnistaneet 139 255 neuronia ja yli 50 miljoonaa synaptista yhteyttä. Tämä aivojen ultraohut osa on koottu 3D-muotoon tekoälyn työkalujen avulla.
Tiimi on voittanut suuria haasteita: neuronien rekonstruoimiseen käytetyt tekoälymallit vaativat ihmisen validoimista, mikä pidentää konektonin luomisprosessia. Ilman tekoälyä olisi tarvittu yli 4 000 vuotta ihmistyötä.
Tulokset, jotka on jaettu FlyWire Codexissa, ovat arvokas resurssi tutkijoille. Tämä neuronikartta paljastaa paitsi rakenteen myös toiminnalliset yhteydet, mukaan lukien "diffuusorineuronit", jotka koordinoivat verkkoja.
Drosofiilin näkökyvyn merkitys heijastuu optisten neuronien ylivoimassa. Neurotransmitterien rooli on myös ymmärretty paremmin, mikä avaa uusia mahdollisuuksia ymmärtää niiden vaikutusta neurodegeneratiivisissa sairauksissa.
Ambitiotaan kasvattava Flywire-konsortio suuntaa nyt hiiriin, joiden konektoni voisi paljastaa vielä enemmän ihmisaivoista. Tämä projekti pitäisi valmistua 5-10 vuoden sisällä. Teknologinen ja tieteellinen seikkailu on vasta alkamassa.
Mikä on konektoni?
Konektoni on täydellinen kartta neuroniyhteyksistä aivoissa. Se mahdollistaa neuronien ja niiden synapsien organisoinnin visualisoimisen, jotka ovat viestintäpisteitä niiden välillä. Nämä yhteydet ovat olennaisia ymmärtääksemme, miten aivot käsittelevät tietoa ja tuottavat toimintoja.Konektonin laatiminen edellyttää yksityiskohtaista analyysiä neuroniverkoista. Se mahdollistaa hermosignaalien siirron seuraamisen aivojen läpi. Tekoälyn avulla on mahdollista nopeuttaa näiden miljoonien yhteyksien kartoitusta, mikä oli aiemmin saavuttamatonta.
Miksi drosofiilia käytetään ihmisaivojen tutkimiseen?
Drosofiili, pieni etikkakärpänen, on erittäin arvostettu malli-organismi neurotieteissä. Huolimatta sen aivojen pienestä koosta, se jakaa noin 60 % geeneistään ihmisten kanssa, mukaan lukien neurologisiin sairauksiin liittyvät geenit. Tämä mahdollistaa sen kognitiivisten prosessien tutkimisen, jotta voimme ymmärtää paremmin omiamme.Sen aivojen suhteellinen yksinkertaisuus mahdollistaa täydellisen konektonin laatimisen, mikä on tällä hetkellä mahdotonta ihmisaivojen kanssa. Drosofiilista saadut tulokset tarjoavat siten vihjeitä monimutkaisempien aivojen toiminnasta.