نقشه کامل مغز مگس میوه بزرگسال با 139,000 نورون رونمایی شد
مغز انسان یک شگفتی زیستی است، اما بسیار پیچیده است.
برای فهم بهتر آن، دانشمندان به یک مدل کوچکتر اما به همان اندازه جذاب روی آورده‌اند: مغز مگس میوه.
اکنون، پژوهشگران دانشگاه پرینستون نقشه کامل مغز یک مگس میوه بزرگسال (Drosophila melanogaster) را ترسیم کرده‌اند.
جالب است که این نقشه شبیه به یک «نقشه گوگل» از مغز مگس میوه با توضیحات دقیقی است که امکان پیمایش و مطالعه دقیق این عضو پیچیده را فراهم می‌کند.
باز کردن پیچیدگی‌های مغز مگس میوه گام مهمی در جهت درک مغز انسان است. مگس‌های میوه اشتراکات ژنتیکی زیادی با انسان دارند و آنها را به مدل ارزشمندی برای مطالعه عملکردهای مغز و همچنین بیماری‌ها تبدیل کرده است.
«تخمین زده می‌شود که 75 درصد از ژن‌های انسانی مربوط به بیماری‌ها انواع مشابهی در ژنوم مگس دارند»، سباستین سئونگ، یکی از رهبران تیم پژوهشی، به Interesting Engineering (IE) گفت.
«ما مدت‌ها از شباهت‌های مولکولی بین مغز مگس و انسان آگاه بودیم. ما به آهستگی متوجه شدیم که در سطح مدار نیز شباهت‌هایی وجود دارد که با بررسی الگوهای ارتباطی آشکار می‌شود. اکنون می‌دانیم که مدارهای بویایی، بینایی، و ناوبری در مگس دارای شباهت‌های معماری با مدارهای پستانداران برای همان عملکردها هستند.» سئونگ افزود.
نقشه‌برداری مغز با کمک هوش مصنوعی
این نقشه بی‌سابقه یک نقشه‌راه دقیق از مغز را فراهم می‌کند که هر نورون و سیناپس را ردیابی می‌کند.
مغز مگس میوه بزرگسال بسیار پیچیده است، بنابراین دانشمندان از هوش مصنوعی برای ترسیم نقشه کامل مغز استفاده کردند.
«کانکتوم مگس میوه حاوی 140000 نورون و ده‌ها میلیون اتصال است. بدون اتوماسیون تجزیه و تحلیل تصاویر توسط هوش مصنوعی نمی‌توانستیم این کار را انجام دهیم. یک تیم انسانی خطاهای هوش مصنوعی را یافت و تصحیح کرد تا کانکتوم نهایی را به دست آوریم,» سئونگ به IE گفت.
شگفت‌آور است که کل نقشه سه‌بعدی با استفاده از 21 میلیون تصویر مغز مگس میوه ساخته شده است.
«می‌توانید بافت مغز را به عنوان رشته‌های تنیده‌شده‌ای از شاخه‌های عصبی در نظر بگیرید. این‌ها سیم‌های مغز هستند و ردگیری این سیم‌ها سخت‌ترین کار در نقشه‌برداری یک کانکتوم است,» سئونگ، که استاد عصب‌شناسی و علوم کامپیوتر در پرینستون است، توضیح داد.
دانشمندان برای بررسی 8000 برش فوق‌العاده نازک از مغز مگس میوه از میکروسکوپ الکترونی استفاده کردند. این کار داده تصویر بزرگی حدود 100 ترابایت ایجاد کرد.
آنها از هوش مصنوعی و هوش انسانی برای نقشه‌برداری مدارهای مغزی با استفاده از این تصاویر استفاده کردند. سئونگ فرایند را به رنگ‌آمیزی یک کتاب سه‌بعدی تشبیه می‌کند.
«می‌توانید این تصاویر را به عنوان صفحات یک کتاب رنگ‌آمیزی سه‌بعدی بزرگ تجسم کنید و ردگیری سیم‌ها معادل رنگ‌آمیزی آنهاست. اگر تمام شاخه‌های نورون‌های مگس را به هم متصل کنید، به طول 150 متر سیم می‌رسند. این طول شگفت‌آوری است که در سر کوچک یک مگس جای داده شده است,» او توصیف کرد.
در مغز انسان، طول سیم‌ها حتی شگفت‌آورتر است و به میلیون‌ها مایل می‌رسد.
اختلالات عصبی
مگس‌های میوه همانندی ژنتیکی قابل توجهی با انسان‌ها دارند و 60 درصد از DNA ما را به اشتراک می‌گذارند.
این همپوشانی ژنتیکی به سه چهارم از بیماری‌های ژنتیکی انسانی نیز می‌رسد. مطالعه مگس‌های میوه می‌تواند بینش‌های ارزشمندی درباره سلامت انسان ارائه دهد.
سئونگ به پروتئین Dscam — یک پروتئین حضور یافته در مغز مگس‌ها و انسان‌ها — به عنوان یک مثال اشاره کرد.
Dscam مخفف «مولکول چسبندگی سلول سندروم داون» است. این پروتئین برای سیم‌کشی صحیح نورون‌ها در طی توسعه مغز در هر دو مگس‌ها و انسان‌ها حیاتی است.
با نقشه جدید، دانشمندان قادر خواهند بود مولکول‌های اضافی در پشت سیم‌کشی عصبی را کشف کنند. علاوه بر این، آنها قادر خواهند بود نورون‌های مسئول فعالیت‌های عصبی خاص را شناسایی کنند.
مطالعه کانکتوم مگس می‌تواند بینش‌های ارزشمندی در مورد توسعه مغز انسان و اختلالات عصبی احتمالی ارائه دهد. طبق بیانیه مطبوعاتی، این می‌تواند تسهیل‌کننده توسعه درمان‌های هدفمند برای بیماری‌های مغزی باشد.
«هیچ کانکتوم کامل مغزی برای یک حیوان بالغ با این پیچیدگی وجود ندارد,»
