دانشمندان برای اولین‌بار از کل نورون‌های مغز حیوانی بالغ نقشه‌برداری کردند

در شاهکاری که چند سال پیش دست‌نیافتنی به‌نظر می‌رسید، گروهی از پژوهشگران از اولین دیاگرام کل اتصالات عصبی مغز مگس میوه رونمایی کردند.

نقشه‌هایی که کل نورون‌ها در مغز و ارتباطات بی‌شمار میان آن‌ها را نشان می‌دهد، کانکتوم نامیده می‌شود. اولین ارگانیسمی که به این روش نقشه‌برداری شد، کرم الگانس (Caenorhabditis elegans) بود که سیستم عصبی‌اش به‌طور کامل در مقاله‌ای در سال ۱۹۸۶ توصیف شد. این کار به پژوهش‌های آینده درمورد کرم الگانس (از رایج‌ترین مدل‌های ارگانیسم‌های مدل) شکل داد و تاثیر آن در پژوهش‌های علمی تا به امروز هم احساس می‌شود.

اما کرم الگانس دارای مغز نیست، بلکه فقط به کمک یک حلقه عصبی قابلیت‌های جالبی را نشان می‌دهد و اگر می‌خواهید کمی به پیچیدگی‌های مغز انسان نزدیک شوید، باید موجود دیگری را بررسی کنید.

مگس میوه یکی از سودمندترین موجودات مدل در علوم اعصاب است. این موجودات می‌توانند کارهای پیچیده‌ای مانند راه‌رفتن، پرواز، مسیریابی و آوازخواندن (نرها برای ماده‌ها) را انجام دهند. آن‌ها به خاطر وجود حدود ۱۴۰ هزار نورون درون مغز که توسط بیش از ۵۰ میلیون سیناپس به هم متصل هستند، به این قابلیت‌ها دست پیدا کنند.

کنسرسیوم FlyWire به‌عنوان راهی برای استفاده از تازه‌ترین فناوری‌ها و گردآوری تخصص ده‌ها آزمایشگاه در سراسر جهان با هدف تولید کانکتوم مغز مگس میوه راه‌اندازی شد. اما وظیفه‌ای که پیش روی آن‌ها قرار داشت، بسیار دشوار و هراس‌آور بود. درحقیقت، چند سال پیش دستیابی به کانکتوم کامل مگس میوه غیرممکن به‌نظر می‌رسید.

کرم الگانس فقط ۳۰۲ نورون دارد. دانشمندان قبلا مغز لارو مگس میوه را نیز نقشه‌برداری کرده بودند که حاوی حدود ۳ هزار نورون است. اما تعداد نورون‌ها در مگس میوه به حدود ۱۴۰ هزار عدد می‌رسد که البته در مقایسه با مغز انسان که تصور می‌شود بیش از ۸۰ میلیارد نورون داشته باشد، ناچیز است.

کانکتوم جدید با ۲۱ میلیون تصویر از مغز یک مگس ماده شروع شد. به کمک هوش مصنوعی تصاویر در کنار هم قرار داده و بازسازی‌های سه‌بعدی از نورون‌های واحد تولید شد. پیش‌نویس اولیه باید به دقت بازبینی می‌شد، بنابراین هیئت پژوهشی از کمک صدها پژوهشگر و دانشمند شهروند از سراسر جهان بهره گرفتند. طبق تخمین‌ها، اگر یک نفر به تنهایی این کار را به‌طور تمام‌وقت انجام می‌داد، حدود ۳۳ سال زمان می‌برد.

از سایر داده‌های موجود نیز استفاده شد تا بتوان تمام ۵۰ میلیون سیناپس‌ها را شناسایی و دسته‌بندی کنند. در کانکتوم مگس میوه درمجموع، بیش از ۸۴۰۰ نورون وجود دارد که از این میان ۴۵۰۰ نورون قبلا شناسایی نشده بود.

به کمک انیمیشن‌های سه‌بعدی تولیدشده در پروژه‌های پژوهشی مختلف، می‌توانیم نگاهی عمیق به بخش‌های مختلف مغز بیندازیم. در اینجا، می‌توانید به دنیای نورون‌های شنوایی مگس سرکه سفر کنید و در اینجا، می‌توانید به اطراف بخشی از قطب‌نمای داخلی مگس سرکه (حلقه EPG) زوم کنید. نورون CT1 یکی از تنها دو نورونی است که هر کدام کل چشم مگس را پوشش می‌دهند و بیش از ۱۴۰ هزار سیناپس دارند.

دستاورد تازه‌ی دانشمندان شگفت‌انگیز است، اما اگر منتظر دیدن چیزی مشابه برای مغز انسان هستید، احتمالاً باید مدتی صبر کنید. مغز کامل یک مگس کمتر از ۱ میلی‌متر عرض دارد؛ درحالی‌که مغز کامل انسان بسیار بسیار پیچیده‌تر است.

پروژه FlyWire نشان داده است که می‌توان رویکرد مشابهی را برای حل چالش‌های بزرگ‌تر گسترش داد.  تیم پژوهشی درنظر دارد در آینده نقشه اتصالات کامل مغز موش را تهیه کند.

کانکتوم مگس میوه با کمک به پژوهش‌های آینده می‌تواند برای انسان‌ها نیز سودمند باشد. میزان اشتراک دی‌ان‌ای مگس‌ها و انسان‌ها ۶۰ درصد است و شباهت‌های زیادی در نحوه عملکرد مغزهای ما وجود دارد. انتشار کانکتوم جدید بر تحقیقات علوم اعصاب در دهه‌های آینده تاثیر چشمگیری خواهد داشت.

کانکتوم مگس میوه با مخزنی از مقالات همراه است. مقاله اصلی در نیچر منتشر شده و سایر مقالات همراه که آن‌ها نیز در همین نشریه منتشر شده‌اند، ازطریق این صفحه در دسترس هستند.