Idegtudományi mérföldkő: hihetetlen részletességgel rekonstruálták egy ecetmuslica agyát
Egy nemzetközi kollaboráció több mint egy évtizednyi kutatómunka után feltárta, hogyan kapcsolódik egymáshoz az ecetmuslica agyának közel 140 ezer idegsejtje. A New York Times szerdai cikke szerint a kutatás lenyűgöző részletességgel térképezi fel a rovar agyának felépítését, és tanulságai segíthetnek olyan általános elvek megismerésében, amik az emberi agyra is érvényesek.
A New Jersey-i Princeton Egyetem neurobiológusai, Mala Murthy és Sebastian Seung által vezetett FlyWire konzorcium kilenc tanulmányban közölte eredményeit, amik szerdán jelentek meg a Nature folyóiratban. Az ecetmuslica (Drosophila melanogaster) agyát rekonstruáló térkép (konnektóm) az eddigi legteljesebb, ami bármilyen élőlényről elérhető, és 139 255 idegsejt mellett 54,5 millió kémiai szinapszist – idegsejtek közötti, ingerületátvivő anyagok által lebonyolított kapcsolatok – fed le.
„Ez egy hatalmas dolog” – mondta a Nature hírportáljának Clay Reid, a seattle-i Allen Agytudományi Intézet neurobiológusa, amire szerinte már nagyon régóta várt a világ. A Nature idegtudományi szerkesztője, David Rowland a tanulmányokat „hatalmas mérföldkőnek” nevezte, aminek elkészítéséhez a Flywire kollaboráció 127 kutatóintézet szakembereinek munkáját és a mesterséges intelligencia képességeit egyesítette.
A nőstény ecetmuslica agyának térképén több mint négy évig dolgoztak Murthy, Seung és munkatársaik. A konnektóm megalkotásához a rovar agyának szeleteiről készült elektronmikrozkópos képeket használták fel, amiket mesterséges intelligencia révén egyesítettek. Mivel az AI-algoritmusok nem tökéletesek, az idegi kapcsolatok rekonstrukcióját ellenőrizniük kellett.
Ezzel még úgy is rengeteg időt töltöttek, hogy a munkában önkéntesek is segítettek. Összességében a konzorciumi tagok és az önkéntesek az egyik résztvevő kutató, Gregory Jefferis szerint több mint hárommillió javítást eszközöltek. Az ecetmuslica konnektómjának háromdimenziós rekonstrukcióját ez a videó mutatja be több szögből:
Miután meg lett az ellenőrzött térkép, a kutatók és az önkéntesek elkezdték sejttípus szerint felcímkézni az idegsejteket. A szakemberek 8453-féle idegsejtet azonosítottak, amelyek több mint fele, 4581 eddig ismeretlen volt a tudománynak. „Ezek közül minden egyes sejttípus egy kérdőjel” – mondta Seung, aki szerint ez újabb kutatási irányoknak ágyaz majd meg.
A konzorcium tagjait az is meglepte, hogy a különböző sejtek miként kapcsolódnak egymáshoz. Olyan idegsejtek, amikről korábban úgy vélték, hogy csak egyetlen szenzoros pályában vesznek részt, például a látópályában, több más érzékszervtől, például a hallástól és érintéstől is kapnak jelzéseket. „Bámulatos, hogy az agyban mennyire minden-mindennel összeköttetésben áll” – mondta Murthy.
Virtuális ecetmuslica agyat alkottak
Az egyik most közölt tanulmány a FlyWire konntektóm alapján egy számítógépes modellt készített az ecetmuslica agyáról. Philip Shiu, a kaliforniai Helen Wills Idegtudományi Intézet kutatója és kollégái kipróbálták, hogy mi történik, ha a virtuális agyban idegsejteket aktiválnak – például olyanokat, amikről ismert, hogy az édes vagy keserű ízek érzékeléséért felelősek.
Ezek a virtuális idegsejtek aztán jelek kaszkádját indították meg a számítógépen futó ecetmuslica agyban, amik végső soron az állat szájszervéhez köthető motoros idegeket aktiválnak, vagy gátolnak, attól függően, hogy az édes íz vagy a keserű íz érzékeléséért felelős neurális hálózat kapcsol be. Az eredmények ellenőrzéséhez a kutatók mindezt kipróbálták valódi ecetmuslicákon is, amiből kiderült, hogy a szimuláció 90 százalékos pontossággal adja meg, mely idegsejtek fognak reagálni egy adott ingerre.
A FlyWire konzorciumban résztvevő kutatók szerint sokat kell még dolgozni, mielőtt teljes egészében megértjük az ecetmuslica agyának működését. A most közzétett konnektóm egyik limitációja, hogy csak azt mutatja meg, hogy az idegsejtek miként kapcsolódnak kémiai szinapszisok révén és az elektromos szinapszisokról nem ad információt, valamint arról sem, hogy az idegsejtek a szinapszisokon kívül milyen kémiai kommunikációt folytatnak. Murthy emellett azt reméli, hogy valamikor majd egy hím ecetmuslica konnektómját is el tudják készíteni, hogy a hímspecifikus viselkedési mintázatok is vizsgálhatók legyenek.