Parányi fejszerkezetben válik láthatóvá, miként alakítja az agyi hálózat az élőlények összetett viselkedését. Kutatók feltérképezték a hím gyümölcslégy teljes idegrendszerét, így mostantól közvetlenül összevethető a nőstény és a hím agyának felépítése. Az Ars Technica beszámolója szerint a Cell szakfolyóiratban publikált nemzetközi kutatás az eddigi legrészletesebb teljes idegrendszeri modellt hozta létre egy összetett élőlényről.
A korábban közzétett nőstény gyümölcslégy-konnektóm után ez a második alkalom, hogy a rovar teljes idegrendszerét sejtről sejtre rekonstruálták. A mostani eredmény nem csupán az agy központi területeire terjed ki, hanem összekapcsolja a látási, szaglási és hallási bemeneteket a mozgást vezérlő idegi pályákkal.
Idegsejtek százezrei a fejtől a testig
A frissen közzétett adatbázis több mint 166 ezer neuron és nagyjából 125 millió szinapszis pontos elhelyezkedését és kapcsolatát tartalmazza. A kutatást a Howard Hughes Orvosi Intézet Janelia Kutatócampusa, a Google Research, valamint a Cambridge-i Egyetem és az MRC Molekuláris Biológiai Laboratórium szakemberei közösen végezték. A modell különlegessége, hogy az agy központi magja és a látólebegyek mellett a törzshöz tartozó hasi idegdúcot is magában foglalja, amely a rovaroknál a gerincvelő funkcióját tölti be.
A fej és a test közötti nyaki összeköttetés épségben tartásával a tudósok megszakítás nélkül tudják nyomon követni a jelek útját. Így a külvilágból érkező ingerek feldolgozásától kezdve egészen a lábak és a szárnyak mozgásáig teljes áramköri képet kaptak. Ez a megközelítés világossá teszi, hogy az összetett reakciók nem egyetlen központi vezérlőegységből származnak, hanem helyi idegi hálózatok együttműködéséből alakulnak ki.
A hímek és nőstények agyi eltérései
A két nem idegrendszerének párhuzamos elemzése rávilágított arra, hogy az agy mely területei felelősek a nemi viselkedésbeli különbségekéért. A vizsgálatok alapján a hím gyümölcslégy központi agyának nagyjából 4,8 százalékát alkotják nem-specifikus vagy eltérő felépítésű sejtek, míg a nőstényeknél ez az arány 3 százalék alatt marad.
A kutatók megfigyelték, hogy az érzékszervi és a motoros perifériás neuronok szinte teljesen megegyeznek a két nemnél. A szerkezeti különbségek a döntéshozatalért és a viselkedésért felelős magasabb rendű agyi központokban halmozódnak fel. A fruitless és doublesex elnevezésű nemmeghatározó gépek által befolyásolt idegsejtek sűrű csomópontokat alkotnak. Ezek az áramkörök az azonos ingereket eltérő döntési útvonalakra terelik, ami magyarázatot ad az udvarlási és az agressziós mintázatok eltéréseire.
A gépi tanulástól a gerincesek feltérképezéséig
A konnektóm létrehozása több mint egy évtizedes technológiai fejlesztés eredménye. A minták elektronmikroszkópos feltérképezése során keletkezett hatalmas adatmennyiséget mesterséges intelligenciára épülő algoritmusok dolgozták fel. A számítógépes modellek pixelről pixelre követték nyomon a sejtek nyúlványait, amelyeket ezt követően emberi szakértők ellenőriztek és javítottak.
A gyümölcslégy idegrendszerének teljes feltárása alapul szolgál a nagyobb élőlények, így a gerincesek agyműködésének megértéséhez is. A kutatócsoportok jelenleg átlátszó halak, például a zebradánió idegi hálózatának hasonló léptékű feltérképezésén dolgoznak, hogy közelebb kerüljenek az emlősök és az emberi agy működési elveinek megértéséhez.
