Ein winziges Gehirn für riesige Entdeckungen. Die Fruchtfliege, diese einfache Essigfliege, birgt die Geheimnisse neuronaler Verbindungen. Und was, wenn das Verständnis ihres Gehirns den Weg für Entdeckungen über menschliche Krankheiten eröffnen könnte?
Mit 140.000 kartierten Neuronen ist die wissenschaftliche Gemeinschaft nun im Besitz einer vollständigen Gehirnkarte, das Ergebnis eines Jahrzehnts Forschung. Das Ziel? Die neuronalen Schaltkreise entschlüsseln.
Eine 3D-Schnittstelle ermöglicht die Auswahl und Navigation innerhalb der Gehirnstruktur
Das von Forschern der Princeton University geleitete Flywire-Projekt nutzte die Fruchtfliege zur Erstellung eines neuartigen "Connectoms". Warum eine Fliege? Ihre geringe Größe erleichtert Analysen und bietet gleichzeitig komplexe Verhaltensweisen, die denen des Menschen ähneln.
Eine der größten Herausforderungen der Neurowissenschaften bleibt das Verständnis neuronaler Schaltkreise und ihrer Rolle bei Krankheitsbildern wie Alzheimer oder Parkinson. Das mangelnde Wissen über die Gehirnverbindungen schränkt die Entwicklung wirksamer Behandlungen ein.
Mit dieser neuen Karte haben die Forscher 139.255 Neuronen und mehr als 50 Millionen synaptische Verbindungen identifiziert. Ultradünne Schnitte dieses Gehirns wurden mit Hilfe von künstlichen Intelligenztools in 3D zusammengesetzt.
Das Team musste große Hürden überwinden: Die zur Rekonstruktion der Neuronen verwendeten KI-Modelle bedurften menschlicher Validierung, was den Prozess der Erstellung des Connectoms verlängerte. Ohne KI wären mehr als 4.000 Jahre menschlicher Arbeit erforderlich gewesen.
Die Ergebnisse, die im
FlyWire Codex geteilt wurden, sind eine wertvolle Ressource für Forscher. Diese neuronale Karte zeigt nicht nur die Struktur, sondern auch funktionelle Verbindungen und umfasst "diffuse" Neuronen, die die Schaltkreise koordinieren.
Die Bedeutung des Sehens bei der Fruchtfliege spiegelt sich in der Dominanz optischer Neuronen wider. Auch die Rolle der Neurotransmitter wurde besser verstanden, wodurch sich Wege eröffneten, ihren Einfluss auf neurodegenerative Krankheiten zu erforschen.
Mit ehrgeizigeren Zielen wendet sich das Flywire-Konsortium nun der Maus zu, deren Connectom möglicherweise noch mehr Aufschluss über das menschliche Gehirn geben könnte. Dieses Projekt dürfte in 5 bis 10 Jahren abgeschlossen sein. Ein technologisches und wissenschaftliches Abenteuer, das gerade erst begonnen hat.
Was ist ein Connectom?
Ein Connectom ist eine vollständige Karte der neuronalen Verbindungen in einem Gehirn. Es ermöglicht die Visualisierung der Organisation der Neuronen und ihrer Synapsen, die die Kommunikationspunkte zwischen ihnen darstellen. Diese Verbindungen sind entscheidend, um zu verstehen, wie das Gehirn Informationen verarbeitet und Handlungen generiert.
Die Erstellung eines Connectoms erfordert eine detaillierte Analyse der neuronalen Schaltkreise. Es ermöglicht die Nachverfolgung der Übertragung von Nervensignalen im Gehirn. Dank künstlicher Intelligenz ist es möglich, die Kartierung dieser Millionen von Verbindungen zu beschleunigen, was früher undenkbar war.
Warum wird die Fruchtfliege zur Erforschung des menschlichen Gehirns verwendet?
Die Fruchtfliege, eine kleine Essigfliege, ist ein äußerst beliebtes Modellorganismus in der Neurowissenschaft. Trotz der winzigen Größe ihres Gehirns teilt sie etwa 60 % ihrer Gene mit dem Menschen, darunter solche, die mit neurologischen Krankheiten in Verbindung stehen. Dies ermöglicht es, ihre kognitiven Prozesse zu untersuchen, um unsere eigenen besser zu verstehen.
Die relative Einfachheit ihres Gehirns ermöglicht die Erstellung eines vollständigen Connectoms, eine Aufgabe, die derzeit beim menschlichen Gehirn unmöglich ist. Die an der Fruchtfliege gewonnenen Ergebnisse liefern somit Hinweise auf die Funktionsweise komplexerer Gehirne.
Autor des Artikels: Cédric DEPOND
Quelle: Nature