Wetenschappers hebben de ‘bedrading’ van de hersenen van een insect tot nu toe op de meest complexe manier in kaart gebracht

Onderzoekers begrijpen de structuur van de hersenen en hebben deze tot in detail in kaart gebracht, maar ze weten nog steeds niet precies hoe ze de gegevens verwerken – daarvoor is een gedetailleerde “cirkelkaart” van de hersenen nodig.

Nu hebben wetenschappers zo’n kaart gemaakt van het meest geavanceerde wezen tot nu toe: de fruitvlieglarve. Het heet een neuraal netwerk, en het brengt de 3.016 neuronen en 548.000 synapsen van een insect in kaart. Neurowetenschappelijk nieuws Het is gerapporteerd. De kaart zal studieonderzoekers helpen beter te begrijpen hoe de hersenen van zowel insecten als dieren gedrag, leren, lichaamsfuncties en meer beheersen. Het werk kan een inspiratie zijn voor verbeterde AI-netwerken.

“Tot nu toe hadden we de structuur van geen enkel brein gezien, behalve de rondworm C. elegans, het kikkervisje van lage chordaten en de larve van een mariene ringworm, die allemaal honderden neuronen bevatten”, zei de professor. Marta Zlatek van het MRC Laboratorium voor Moleculaire Biologie. “Dit betekent dat de neurowetenschap grotendeels zonder circuitkaarten heeft gewerkt. Zonder de structuur van de hersenen te kennen, kunnen we gissen naar de manier waarop berekeningen worden uitgevoerd. Maar nu kunnen we beginnen een mechanistisch begrip te krijgen van hoe de hersenen werken.”

Om de kaart te bouwen, scande het team duizenden plakjes van de hersenen van de rups met behulp van een elektronenmicroscoop en combineerde ze vervolgens tot een gedetailleerde kaart, waarbij alle neurale verbindingen werden geannoteerd. Van daaruit gebruikten ze computationele hulpmiddelen om potentiële informatiestroompaden en soorten “circuitvormen” in de hersenen van het insect te identificeren. Ze merken zelfs op dat sommige structurele kenmerken sterk lijken op de moderne deep learning-architectuur.

Wetenschappers hebben gedetailleerde kaarten gemaakt van de hersenen van een fruitvlieg, die veel complexer is dan die van een fruitvlieglarve. Deze kaarten bevatten echter niet alle gedetailleerde verbindingen die nodig zijn om een ​​echte circuitkaart van hun hersenen te verkrijgen.

Als volgende stap zal het team de structuren onderzoeken die worden gebruikt voor gedragsfuncties zoals leren en besluitvorming, waarbij netwerkactiviteit wordt onderzocht terwijl het insect specifieke activiteiten uitvoert. En hoewel de fruitvlieglarve een eenvoudig insect is, verwachten de onderzoekers vergelijkbare patronen bij andere dieren te zien. “Op dezelfde manier waarop genen in het dierenrijk worden bewaard, geloof ik dat de basismotieven van de circuits die dit basisgedrag uitvoeren, ook behouden zullen blijven”, zei Zlatek.