ابزارهای هوش مصنوعی و صدها تصحیح کننده انسانی به جداسازی ۱۴۰۰۰۰ نورون در مغزی به اندازه یک دانه شن کمک کردند.۵۰ بزرگ‌ترین نورون مغز مگس که در اینجا نشان داده شده‌اند، بخشی از بزرگترین و کامل‌ترین نقشه عصبی هستند که تاکنون توسط دانشمندان تولید شده است.

به گزارش پایان تیتر به نقل از ساینس یک سوال ذهن محققان را مشغول کرده بود و آن اینکه چگونه تکانه های الکتریکی که در میان انبوهی از نورون ها حرکت می کنند، رفتارهای پیچیده ای را هدایت می کنند؟

محققانی که به دنبال پاسخ هستند، نمودار سیم‌کشی کامل یا کانکتوم مغز بالغ مگس میوه را بازسازی کرده‌اند – شاهکاری شبیه نقشه‌برداری از تمام ساختمان‌ها، خیابان‌ها و خیابان‌ها در یک شهر پیچیده. این نقشه جامع تحقیقات در مورد فعالیت عصبی را که زمینه ساز فرآیندهای اساسی مانند راه رفتن و دیدن در مگس سرکه گونه حشره ای است که به طور گسترده به عنوان ارگانیسم مدل استفاده می شود، پیش می برد. دانشمندان علوم اعصاب از این دستاورد که امروز در یک بسته ۹ کاغذی در Nature منتشر شده است، به عنوان نقطه عطفی که سایر پروژه های اتصال بلندپروازانه تر در گورخرماهی، موش ها و حتی انسان ها را تقویت می کند، استقبال می کنند.

آلبرت کاردونا، عصب‌شناس مداری در آزمایشگاه زیست‌شناسی مولکولی شورای تحقیقات پزشکی، می‌گوید زمانی که دانشمند اتصال یک حیوان را تکمیل می‌کند – شاهکاری که برای اولین بار برای نماتد Caenorhabditis elegans انجام شد – “ناگهان سطح درک مایل‌ها از هر چیزی قبل از آن دور می‌شود. که در پروژه حضور نداشتند. یک اتصال قبل و بعد وجود دارد – B.C. و A.C.» او با اشاره به نقل قول معروف لری ابوت، عصب شناس نظری دانشگاه کلمبیا، می گوید. کاردونا می‌گوید محققان اکنون می‌توانند در نهایت بفهمند که چگونه عملکردهای اساسی مانند بینایی و بویایی در مگس کار می‌کنند و همچنین رفتارهای پیچیده‌تری مانند ناوبری و تصمیم‌گیری را بررسی کنند. او می گوید: «این پایان آغاز است» برای عصب شناسان مگس.
از زمان انتشار کانکتوم ۳۰۲ نورونی C. elegans در سال ۱۹۸۶، محققان اتصالات جزئی برای مغز مگس، موش و انسان ایجاد کردند. کاردونا و تیمش سال گذشته کانکتوم لارو D. melanogaster را منتشر کردند. اما این اولین اتصال کامل یک ارگانیسم بالغ در چند دهه اخیر است.

این تلاش در سال ۲۰۱۸ زمانی آغاز شد که محققان در پردیس تحقیقاتی جانلیا در موسسه پزشکی هاوارد هیوز با استفاده از میکروسکوپ الکترونی از مغز مگس ماده با وضوح نانومتری تصویربرداری کردند و آن را در دسترس عموم قرار دادند. مالا مورتی، عصب شناس فلای و سباستین سئونگ، عصب شناس محاسباتی در مؤسسه علوم اعصاب پرینستون، این ایده را داشتند که از این تصاویر برای شناسایی و ترسیم اتصالات بین هر نورون مرئی استفاده کنند و یک کانکتوم ایجاد کنند. مورتی می گوید: «اما واقعاً مضحک به نظر می رسید. “این یک محصول خیلی بزرگ بود. هیچ کس نقشه ای در این مقیاس درست نکرده بود.»

نوعی هوش مصنوعی (AI) که به عنوان یادگیری ماشین شناخته می‌شود، می‌تواند به تبدیل داده‌های تصویربرداری به بازسازی‌های سه بعدی هر نورون و سیناپس‌های آن، ارتباطات با نورون‌های دیگر کمک کند. اما الگوریتم‌هایی که آن را تغذیه می‌کنند اشتباه می‌کنند، بنابراین بازسازی‌ها باید با دست اصلاح شوند. برای دستیابی به این شاهکار، مورتی و سونگ کنسرسیوم FlyWire را تشکیل دادند، گروهی از آزمایشگاه‌ها عمدتاً در ایالات متحده و اروپا که بخشی از آن توسط مؤسسه ملی سلامت ایالات متحده تحقیقات مغز از طریق ابتکار فناوری‌های عصبی نوآورانه (BRAIN) تأمین می‌شود. آنها در سال ۲۰۲۲ یک پلتفرم آنلاین ساختند تا به صدها داوطلب غیرمتخصص اجازه دهد تا به صورت دستی بازسازی ها را تصحیح کرده و هر نورون را طبقه بندی کنند. این گروه تخمین می زند که این کار برای یک فرد مجرد ۳۳ سال طول می کشد که به تنهایی کار کند. مورتی می‌گوید: «این نوع اشتراک‌گذاری داده… بی‌سابقه است.

هزاران نورون به شدت در مغز مگس بسته شده اند. اما یک نقشه دقیق می تواند تشخیص دهد که کدام نورون ها در عملکردهای بینایی، حرکتی یا غدد درون ریز در حشره نقش دارند.

در مقالات دیگر این بسته، محققان نگاهی اجمالی به نحوه استفاده از اتصال مگس برای پاسخ به سؤالات تحقیق می‌دهند. به عنوان مثال، یک تیم توانست دو مدار عصبی مختلف را که مگس برای توقف راه رفتن در زمینه‌های متمایز از آن استفاده می‌کند، مشخص کند – زمانی که در طول تغذیه متوقف می‌شود و زمانی که مکث می‌کند تا خود را اصلاح کند. تیم دیگری از داده ها برای ایجاد یک مدل محاسباتی استفاده کرد که به درستی پیش بینی می کرد کدام نورون ها قند یا آب را حس می کنند. در مطالعه سوم، سئونگ پیش‌بینی کرد که کدام نورون‌ها بخشی از یک مدار مهم برای بینایی بر اساس سیم‌کشی لوب بینایی مگس هستند.

از آنجایی که FlyWire داده‌های پروژه را از همان ابتدا عمومی کرده است، کانکتوم قبلاً در بیش از ۵۰ نشریه استفاده شده است. “گاهی اوقات، وقتی شما کاری را در زمینه علمی انجام می دهید، کسی توجه نمی کند. اما گاهی اوقات، مردم نه تنها توجه می کنند، بلکه در واقع از آن برای تحقیقات خود استفاده می کنند و سپاسگزار هستند. “این احساس بسیار خوبی است.”

این منبع برای آنیتا دویننی، عصب‌شناس دانشگاه اموری، که تفسیری همراه با مقالات جدید نیچر نوشت و تیمش از کانکتوم برای تجزیه و تحلیل مدارهای چشایی پرواز استفاده کرده است، تحول‌آفرین بوده است. او می‌گوید: «برای دهه‌ها، ما نمی‌دانستیم نورون‌های چشایی در مغز چیست، و سپس، ناگهان در مدت زمان کمی… شما می‌توانید آن را بفهمید.» او امیدوار است که بازده علمی FlyWire به سرمایه‌گذاران اطمینان دهد که سرمایه‌گذاری در کانکتوم‌ها جواب می‌دهد. (او اشاره می کند که بودجه BRAIN Initiative امسال ۴۰ درصد کاهش یافت.)

محققان اکنون می توانند این عکس فوری از مغز مگس بالغ را با لارو کانکتوم مقایسه کنند تا به سوالاتی در مورد تغییرات در طول رشد عصبی پاسخ دهند. و برای بررسی تفاوت‌های جنسی، مورتی و دیگران بر روی بازسازی کانکتوم مغز مگس نر و همچنین اتصال کامل‌تری که شامل طناب عصبی مگس است، کار می‌کنند.

محققان پیش‌بینی می‌کنند که فناوری توسعه‌یافته برای FlyWire – به ویژه ادغام هوش مصنوعی با جمع‌سپاری برای تصحیح – به سرعت بخشیدن به پروژه‌های مشابه کمک خواهد کرد. انتظار می رود کانکتوم گورخرماهی در چند سال آینده به پایان برسد. و هلمشتتر پیش‌بینی می‌کند که مغز موش و انسان (به ترتیب با تقریباً ۵۰۰ و ۶۰۰۰۰۰ برابر نورون‌های بیشتر از مغز مگس) ممکن است پس از آن اتفاق بیفتد: «در دهه آینده، ما شاهد پیشرفت فوق‌العاده و احتمالاً اولین اتصال کامل مغز پستانداران خواهیم بود. “

مترجم : بیتا جعفری

انتهای پیام/