maandag, april 15, 2024
HomeTechnologyMet deze hersenkaart zijn we een stap dichter bij totale fruitvliegsimulatie

Met deze hersenkaart zijn we een stap dichter bij totale fruitvliegsimulatie


In zekere zin zijn fruitvliegjes net als wij. Ze hebben ogen, benen, zenuwstelsel en ze houden van fruit. In tegenstelling tot ons hebben ze echter maar een paar duizend neuronen in hun hersenen, wat betekent dat wetenschappers niet alleen alle cellen in kaart kunnen brengen, maar ook alle verbindingen daartussen. , als je erover nadenkt, eigenlijk een mens.

Misschien overdrijf ik onze gelijkenissen met fruitvliegjes, gewoonlijk aangeduid met hun wetenschappelijke naam, Drosophila (melanogaster, hoewel dat deel meestal niet nodig is), maar er is een reden waarom we ze in veel biologische experimenten gebruiken. Je denkt misschien niet dat je veel op een van deze wezens lijkt, maar je lijkt beslist meer op een fruitvlieg dan op een bacterie of dinoflagellaat. Het begrijpen van zelfs een relatief eenvoudig dier als Drosophila leert ons veel over dieren en het leven in het algemeen.

Ondanks dat het, samen met gist, misschien wel de best begrepen organismen is, is een enkele drosophila nog steeds ordes van grootte te complex om elk aspect van te simuleren. Verdorie, we hebben moeite om een ​​enkele cel goed te simuleren. Als je een wezen echter niet als een gestalt beschouwt, maar als een verzameling onderling gerelateerde systemen, kun je een hap uit de olifant gaan nemen.

De meest recente beet, van een team onder leiding van biologen van Cambridge University, is een “synaps-by-synaps-kaart” van een larvale drosophila-hersenen. Met 3.016 neuronen en 548.000 synapsen is het 10 keer de complexiteit van het laatste organisme waarvan de hersenen in kaart zijn gebracht, een lid van het Congres. (Eigenlijk was het een van de ergste soorten wormen, een ringworm. Mensen hebben ongeveer 86 miljard neuronen en bijna ontelbare synapsen.)

De fruitvlieglarve is natuurlijk geen vlieg, maar het is al een geavanceerd wezen, met adaptief gedrag, structuren analoog aan volwassen vliegenhersenen, korte- en langetermijngeheugen en andere verwachte hersenfuncties. Bovendien zijn ze gemakkelijker te vangen. Wat nog belangrijker is, het heeft “een compact brein met enkele duizenden neuronen die op nanoschaal kunnen worden afgebeeld met elektronenmicroscopie (EM) en de circuits kunnen binnen een redelijk tijdsbestek worden gereconstrueerd”, zoals het artikel dat vandaag in Science is gepubliceerd, stelt. Met andere woorden, het is de juiste maat en niet te raar.

De hersenen werden in ongelooflijk dunne lagen gesneden en via EM in beeld gebracht, en de resulterende plakjes werden zorgvuldig onderzocht om te zien hoe neuronen en axonen en andere cellulaire structuren zich daartussen voortzetten. “We hebben een algoritme ontwikkeld om hersenbrede signaalvoortplanting over polysynaptische paden te volgen en feedforward (van sensorisch tot output) en feedbackpaden, multisensorische integratie en interacties tussen de hemisfeer geanalyseerd”, schrijven ze.

Serieel sectie-elektronenmicroscopievolume dat de Drosophila-hersenstructuur onthult. Beeldcredits: Michaël Winding

Het resultaat is het model dat je ziet, het ziet eruit als een slak met een clownspruik op (ik hoef er niet aan toe te voegen dat dit niet is hoe het eruit ziet live).

Natuurlijk zijn er veel interessante observaties over de manier waarop de hersenen zijn georganiseerd, van geneste terugkerende loops, multisensorische integratie, interacties tussen de hemisfeer en al dat goede spul. Maar het hebben van een compleet connectoom van een complex levend wezen is fundamenteel opwindend voor iedereen in die ruimte – er is veel dat je kunt doen als je een fatsoenlijke simulatie van een brein hebt. Terwijl eerdere studies individuele subsystemen of kleinere hersenen hebben gerepliceerd, is dit de grootste en meest complete karakterisering tot nu toe en als een 3D digitale bron zal het vrijwel zeker worden gebruikt en geciteerd in de hele discipline.

Sommige van deze dingen worden zelfs gevonden in kunstmatige neurale netwerken; bestuderen hoe dergelijk complex gedrag wordt geproduceerd door zo’n dunbevolkt brein zou “misschien nieuwe machine learning-architecturen kunnen inspireren”.

Interessant genoeg hebben we al een gedetailleerd mechanisch model van het lichaam en de bewegingen van de volwassen vlieg, en hoewel de vraag voor de hand ligt, is het antwoord nee: we kunnen dit brein niet in dat lichaam stoppen en zeggen dat we het hele lichaam hebben gesimuleerd. ding. Maar misschien volgend jaar.

RELATED ARTICLES

LAAT EEN REACTIE ACHTER

Vul alstublieft uw commentaar in!
Vul hier uw naam in

- Advertisment -
Google search engine

Most Popular

Recent Comments