Das 3D-Modell mit 140.000 Neuronen und über 50 Millionen Verbindungen ist ein erster Schritt zur Kartierung größerer Gehirne.
Wissenschaftler haben die erste Karte aller Neuronen im Gehirn einer erwachsenen Fliege erstellt.
Das Forschungsteam sagt, dass dieser erste Schaltplan des gesamten Gehirns einer Fruchtfliege neue Einblicke in die Gehirnverbindungen liefert, die die Sinneswahrnehmungen, das Gedächtnis und sogar Paarungsrituale einer Fliege steuern.
„Je genauer man hinschaut, desto überraschter sind wir als Wissenschaftler“, sagte Gregory Jefferis, Neurowissenschaftler an der Universität Cambridge und einer der Co-Leiter der Forschung.
„Wenn wir verstehen wollen, wie das Gehirn funktioniert, brauchen wir ein mechanistisches Verständnis dafür, wie alle Neuronen zusammenpassen und Sie denken lassen. „Bei den meisten Gehirnen haben wir keine Ahnung, wie diese Netzwerke funktionieren“, fügte Jefferis hinzu Stellungnahme.
„Fliegen können alle möglichen komplizierten Dinge tun, wie laufen, fliegen, navigieren, und die Männchen singen den Weibchen etwas vor. Gehirnschaltpläne sind ein erster Schritt, um alles zu verstehen, woran wir interessiert sind – wie wir unsere Bewegung steuern, ans Telefon gehen oder einen Freund erkennen“, fügte er hinzu.
Die 3D-Modelle wurden aus dem Gehirn einer toten Fliege erstellt, das mithilfe hochauflösender Elektronenmikroskopie in 7.000 separate 40-Nanometer-Schnitte geschnitten wurde. Ein ganzes Fliegenhirn ist weniger als einen Millimeter breit.
Forscher sagten, die Untersuchung des Gehirns einer toten Fliege habe ihnen dabei geholfen, erhebliche Ähnlichkeiten mit früheren kleineren Proben eines Fliegenhirns zu entdecken und seien zu dem Schluss gekommen, dass nicht jedes Gehirn eine einzigartige Struktur sei.
Die Forscher analysierten 100 Terabyte (TB) Bilder und etwa 100 Laptops Speicher, um sie den 140.000 Neuronen und über 50 Millionen Verbindungen zuzuordnen.
KI half bei der Verarbeitung der abgebildeten Abschnitte, da die Herstellung andernfalls 4.000 Menschenjahre gedauert hätte, so das Team.
Die Forscher ließen sich außerdem von mehr als 280 Forschern auf der ganzen Welt beim Korrekturlesen der Daten unterstützen.
„Diese bisher größte Gehirnkarte war nur dank technischer Fortschritte möglich, die vor zehn Jahren noch nicht möglich schienen. Es ist ein wahrer Beweis dafür, wie Innovation die Forschung vorantreiben kann“, sagte Marta Costa, Forscherin von der University of Cambridge.
„Erster Schritt“ zum besseren Verständnis des Gehirns
Die Forscher sagen, dass die Karte des gesamten Fliegengehirns ein wichtiger erster Schritt zur Vervollständigung größerer Gehirne ist.
„Wir hoffen, dass es in Zukunft möglich sein wird, zu vergleichen, was passiert, wenn in unserem Gehirn etwas schief geht, beispielsweise bei psychischen Erkrankungen“, sagte Mala Murthy, eine der Co-Leiterinnen der Forschung an der Princeton University.
Die gesamte Datenbank steht allen Forschern frei zur Verfügung, in der Hoffnung, besser zu verstehen, wie ein gesundes Gehirn funktioniert.
Die Erstellung eines Schaltplans eines menschlichen Gehirns wird jedoch in absehbarer Zeit nicht möglich sein.
Ein menschliches Gehirn ist um ein Vielfaches komplizierter als das Gehirn einer Fruchtfliege und wir sind noch lange nicht in der Lage, dieses Kunststück zu wagen.
„Es gibt einen millionenfachen Unterschied in den Neuronen zwischen dem Fliegengehirn und dem menschlichen Gehirn. Und tatsächlich ist das Volumen ihrer Gehirne, das für die Bildgebung und Bildverarbeitung zur Erstellung dieser Gehirnkarten sehr wichtig ist, sogar noch ein bisschen größer.“ Sagte Jefferis.
Es wird bereits darüber nachgedacht, an viel kleineren Säugetieren wie Mäusen zu arbeiten.
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Videoeditor • Roselyne Min
