Prima hartă completă a creierului unei musculițe de oțet deschide noi perspective în neuroștiințe7 min read

O echipă internațională a realizat prima hartă completă a creierului unei musculițe de oțet și a cartografiat toți neuronii și conexiunile dintre aceștia. Descoperirea deschide noi perspective în înțelegerea funcționării creierului și a circuitelor neuronale.

Cercetători de la mai multe universități au creat prima hartă detaliată a fiecărui neuron și a celor 50 de milioane de conexiuni din creierul unei musculițe de oțet adulte. Acest proiect important a fost realizat de Consorțiul FlyWire, care include cercetători de la instituții prestigioase precum Laboratorul de Biologie Moleculară MRC, Universitatea Princeton, Universitatea din Vermont și Universitatea din Cambridge. Descoperirea a fost publicată într-un set de două articole în revista Nature.// „Neuronal wiring diagram of an adult brain”, nature.com //

Diagrama celor 139.255 de neuroni din creierul unei musculițe de oțet adulte este prima realizată pentru un animal complex, capabil să se deplaseze și să vadă. Până acum, au fost cartografiate doar creiere mai mici, cum ar fi cel al larvei de musculiță de oțet, cu 3.016 neuroni, sau cel al unui vierme nematod, cu 302 neuroni. 

Cercetătorii consideră această hartă un pas important pentru cartografierea creierelor mai mari, inclusiv cel uman. Fiind un model des folosit în cercetare, harta creierului musculiței va ajuta la înțelegerea modului în care funcționează circuitele neuronale.

Pentru a înțelege cum funcționează creierul, este esențială descrierea modului în care toți neuronii se conectează și permit procesul de gândire. Până acum, pentru majoritatea creierelor, rețelele neuronale sunt în mare parte necunoscute. 

Musculițele de oțet, de exemplu, au capacități complexe, precum mersul, zborul, navigarea, iar masculii pot chiar cânta pentru femele. Diagramele circuitelor neuronale reprezintă un prim pas către înțelegerea funcțiilor precum controlul mișcărilor sau recunoașterea altor indivizi.

Întreaga bază de date// O poți accesa aici: codex.flywire.ai // realizată în urma acestei cercetări este acum deschisă și accesibilă gratuit pentru toți cercetătorii, cu scopul de a avansa înțelegerea modului în care funcționează un creier sănătos. Pe viitor, spun inițiatorii studiului, va fi posibilă compararea modului în care apar disfuncționalități în creier, în special în cazul afecțiunilor de sănătate mintală.

Oamenii de știință au observat asemănări semnificative între conexiunile neuronale din această hartă și cercetările anterioare, care au cartografiat părți mai mici ale creierului musculiței de oțet. Aceste rezultate sugerează că există multe similitudini în structura creierelor între indivizi, contrar ideii că fiecare creier ar fi unic, precum un fulg de zăpadă. 

De asemenea, cercetătorii au descoperit că aproximativ 0,5% dintre neuroni prezintă variații de dezvoltare, ceea ce ar putea duce la conectări eronate. Acest fenomen va reprezenta o direcție importantă de cercetare în viitor, pentru a determina dacă aceste variații sunt legate de individualitate sau de tulburările cerebrale.

Dar cum a decurs experimentul? Creierul unei musculițe de oțet are mai puțin de un milimetru lățime. Cercetătorii au folosit un creier de femelă, secționat în 7.000 de felii subțiri de 40 de nanometri, care au fost scanate cu microscopie electronică de înaltă rezoluție la Janelia Research Campus din SUA. Analizarea celor peste 100 de terabiți de date imagistice, pentru a extrage formele a aproximativ 140.000 de neuroni și 50 de milioane de conexiuni, ar fi fost imposibilă manual. În schimb, s-a folosit un program de inteligență artificială dezvoltată la Universitatea Princeton pentru a identifica și cartografia neuronii și conexiunile. 

Totuși, AI-ul dă încă multe erori în seturi de date de asemenea dimensiuni. Pentru a corecta aceste erori, Consorțiul FlyWire, format din echipe din 76 de laboratoare și 287 de cercetători, împreună cu voluntari, a petrecut echivalentul a 33 de ani de muncă pentru a verifica manual toate datele.

Proiectul reprezintă un pas important în neuroștiințe, deschizând calea către cartografierea creierului unor animale mai complexe, precum șoarecii. În plus, cercetătorii au adăugat detalii suplimentare, clasificând peste 8.000 de tipuri de celule din creier.