So Fly: Wissenschaftler vervollständigen die Karte des Gehirns erwachsener Fruchtfliegen

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Medizinisch überprüft von Carmen Pope, BPharm. Zuletzt aktualisiert am 2. Oktober 2024.

Von Carole Tanzer Miller HealthDay Reporter

MITTWOCH, 2. Oktober 2024 – Der Leiter eines Princeton-Teams, das das Gehirn einer erwachsenen Fruchtfliege kartierte – ein Wendepunkt beim Verständnis des menschlichen Gehirns – erklärt die Leistung auf eine Weise, die über ihre Komplexität hinwegtäuscht.

„So wie Sie ohne Google Maps nicht an einen neuen Ort fahren möchten, möchten Sie auch Ihr Gehirn nicht ohne Karte erkunden“, erklärte der Hauptautor Sven Dorkenwald, der seinen Ph.D. erhielt. letztes Jahr von Princeton und ist jetzt am Allen Institute for Brain Science in Seattle. „Wir haben einen Atlas des Gehirns erstellt und Anmerkungen für alle Unternehmen, Gebäude und Straßennamen hinzugefügt.“

Damit, fügte er in einer Pressemitteilung von Princeton hinzu, „sind Forscher jetzt in der Lage, das Gehirn sorgfältig zu steuern, während wir versuchen, es zu verstehen.“

Er verglich es mit einer Straßenkarte, die jede kleine Gasse sowie jede Autobahn nachzeichnet, und sagte, die neue Karte – „Connectome“ genannt – zeige Verbindungen im Gehirn der Fruchtfliege in jedem Maßstab. Dies könnte eines Tages zu maßgeschneiderten Behandlungen für Hirnerkrankungen führen.

Forscher beschrieben ihre Arbeit am 2. Oktober in einer Sonderausgabe der Zeitschrift Nature.

Sie erstellten eine Neuronen-für-Neuronen- und Synapsen-für-Synapsen-Karte des Gehirns einer erwachsenen Fruchtfliege (Drosophila melanogaster). Es identifiziert verschiedene Arten von Neuronen und chemische Verbindungen – oder Synapsen – zwischen ihnen und bietet Informationen über die Art der von jedem Neuron abgesonderten Chemikalien.

Fruchtfliegen haben 60 % der menschlichen DNA gemeinsam und sind für drei von vier genetischen Erkrankungen des Menschen verantwortlich. Das Verständnis ihrer Gehirne sei ein Schritt zum Verständnis komplexerer Arten, einschließlich Menschen, sagten die Forscher.

Die Fruchtfliege ist außerdem ein tiefer Denker, der in der Lage ist, Langzeiterinnerungen zu bilden, sich an sozialen Interaktionen zu beteiligen und über große Entfernungen zu navigieren. Nachdem das Konnektom nun etabliert ist, hoffen die Forscher, die gleichen Methoden zur Kartierung von Tieren mit größerem Gehirn nutzen zu können.

„Das ist eine große Leistung“, sagte die Co-Leiterin der Studie Mala Murthy, Direktorin von das Princeton Neuroscience Institute. „Es gibt kein anderes vollständiges Gehirnkonnektom für ein erwachsenes Tier dieser Komplexität.“

Andere Forscher hatten bereits die Gehirne eines C. elegans-Wurms und einer Larven-Fruchtfliege kartiert, die über 302 und 3.000 Neuronen verfügten. bzw..

Das Gehirn einer erwachsenen Fruchtfliege ist weitaus komplexer und verfügt über fast 140.000 Neuronen, die durch schätzungsweise 50 Millionen Synapsen verbunden sind.

John Ngai, Direktor der Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies Initiative (BRAIN) des National Institute of Health, begrüßte den Erfolg.

„Die winzige Fruchtfliege ist überraschend raffiniert und dient seit langem als aussagekräftiges Modell zum Verständnis der biologischen Grundlagen des Verhaltens“, sagte er in einer Pressemitteilung des NIH. „Dieser Meilenstein stellt Forschern nicht nur eine Reihe neuer Werkzeuge zur Verfügung, um zu verstehen, wie die Schaltkreise im Gehirn das Verhalten steuern, sondern dient auch als Vorreiter für die laufenden, von BRAIN finanzierten Bemühungen, die Verbindungen zwischen größeren Säugetieren und menschliche Gehirne."

Auch in einem Begleitpapier In ihrer in „Nature“ veröffentlichten Studie berichteten Forscher über die Erstellung einer separaten Karte, eines sogenannten Projektoms, von Projektionen zwischen Gehirnregionen.

Das Projektom ermöglicht eine detaillierte Kartierung spezifischer Gehirnschaltkreise, die das Verhalten steuern, wie etwa des okularen Gehirnschaltkreises, sagten sie. Es nimmt visuelle Reize auf und richtet die Fliege während des Fluges aus.

Um die Karten zu erstellen, verwendeten Forscher des in Princeton ansässigen FlyWire Consortium, zu dem 287 Forscher in mehr als 76 Laboren weltweit gehören, ein KI-Modell und 21 Millionen Gehirnbilder.

Das KI-Modell verwandelte „Klumpen und Kleckse“ in diesen Bildern in eine beschriftete dreidimensionale Karte. Während sie arbeiteten, teilten die Forscher ihre Arbeit mit der breiteren wissenschaftlichen Gemeinschaft.

„Es wäre nicht möglich gewesen, den gesamten Schaltplan manuell zu rekonstruieren“, bemerkte Projekt-Co-Leiter Sebastian Seung, Professor für Neurowissenschaften und Informatik in Princeton. „Dies ist ein Beispiel dafür, wie KI die Neurowissenschaft voranbringen kann.“

Die BRAIN-Initiative des NIH stellte einen Teil der Finanzierung für das Projekt bereit.

„In vielerlei Hinsicht ist [das Gehirn] leistungsfähiger als jeder von Menschen geschaffene Computer, doch zum größten Teil verstehen wir es nicht.“ zugrundeliegende Logik“, sagte Ngai. „Ohne ein detailliertes Verständnis darüber, wie Neuronen miteinander interagieren, werden wir kein grundlegendes Verständnis davon haben, was in einem gesunden Gehirn richtig läuft oder was bei einer Krankheit schief geht.“

Quellen

  • Princeton University, Pressemitteilung, 2. Oktober 2024

    • Haftungsausschluss: Statistische Daten in medizinischen Artikeln stellen allgemeine Trends dar und beziehen sich nicht auf Einzelpersonen. Einzelne Faktoren können stark variieren. Lassen Sie sich bei individuellen Gesundheitsentscheidungen immer individuell medizinisch beraten.

    Quelle: HealthDay

    Gesendet : 2024-10-03 06:00

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