Første komplette connectom af en voksen frugtfluehjerne afslører 140.000 neuroner og 50 millioner synapser

Nopparit/Getty Images

Neuroner er nervesystemets signalceller, der sender beskeder, der styrer alt fra bevægelse til appetit. Med omkring 86 milliarder neuroner ligner den menneskelige hjernes synaptiske væv en sammenfiltret bunke spaghetti, når den ses i rå billeddannelse. FlyWire-konsortiet, der består af videnskabsmænd og trænede sporstoffer fra over 127 institutioner, har nu gjort denne kompleksitet til den første fulde forbindelse af en hel voksen kvindefrugtfluehjerne.

Ved at bruge 21 millioner billeder i høj opløsning anvendte holdet AI-drevne og automatiserede sporingsteknikker for at skille kredsløbet ud. Det resulterende 3-D-atlas indeholder næsten 140.000 neuroner, mere end 50 millioner synapser og omkring 100.000 kommenterede celletyper – alt sammen begyndende i 2019. Flagskibspapiret blev offentliggjort i Nature .

"Det, vi har gjort, er at bygge et atlas over hjernen og tilføjet annoteringer til alle virksomhederne, bygningerne, gadenavnene. Hermed er forskerne nu rustet til eftertænksomt at navigere i hjernen, som vi forsøger at forstå den." – Dr. Sven Dorkenwald, Princeton University.

Denne præstation overgår tidligere modeller, såsom 302-neuron-netværket af en voksen rundorm og 3000-neuron-larvefrugtfluen, med flere størrelsesordener.

Hvorfor Frugtfluehjernemodellen kan hjælpe menneskers neurologiske forskning

Christoph Burgstedt/science Photo Library/Getty Images

Selvom en frugtflue kan virke fjernt fra menneskelig neurovidenskab, deler dens hjerne nøgletræk:60 % af vores DNA – inklusive gener relateret til jetlag, indlæring og kromosomale abnormiteter – er bevaret, og 75 % af menneskets genetiske sygdomme har paralleller i Drosophila. Dette fællestræk gør fluen til en uvurderlig model til at studere neurologiske lidelser.

Mange invaliderende tilstande, såsom Alzheimers, Parkinsons og demens, har i øjeblikket ingen kur; Behandlingen fokuserer kun på at lindre symptomer. Med dette omfattende atlas kan forskere finde ud af, hvordan specifikke neuroner og kredsløb adskiller sig mellem sunde og syge hjerner, hvilket åbner muligheder for præcisionsterapier. En undersøgelse fra 2019 viste, at frugtfluer kan modellere kronisk smerte, hvilket antyder yderligere translationelle muligheder.

FlyWire Consortium udgav også en gratis, webbaseret Codex, der giver videnskabsmænd over hele verden mulighed for at udforske kortet uden avanceret software eller store downloads. I begyndelsen af ​​oktober 2024 havde mere end 10000 brugere registreret sig, og nye eksperimenter er allerede i gang. Uddannelsesressourcer til gymnasieelever og universitetsstuderende er blevet stillet til rådighed for at udvide modellens virkning.