تهیه نقشه کامل از مغز مگس

عکس تزیینی است و با هوش مصنوعی dall e3 ساخته شده

نخستین "نقشه گوگل مپس" برای یک مغز کامل اینجاست، و شما می‌توانید درون آن زوم کنید!

در دستاوردی که تا چند سال پیش غیرممکن به نظر می‌رسید، امروز یک کنسرسیوم پژوهشی بین‌المللی نخستین نقشه کامل از سیم‌کشی‌های مغز یک مگس میوه را رونمایی کرد. این نقشه همراه با مجموعه‌ای از مقالات علمی منتشر شده که نشان می‌دهد این دستاورد بزرگ به یافته‌های علمی جدیدی منجر شده است و دستاوردهای بیشتری در راه است.

The 50 largest neurons in the fly brain, in all their technicolor glory.

Image credit: Tyler Sloan and Amy Sterling for FlyWire, Princeton University, (Dorkenwald et al., Nature, 2024)

چرا اصلاً به نقشه‌های مغزی نیاز داریم؟

نقشه‌هایی که هر نورون در مغز و تمام ارتباطات پیچیده میان آنها را نشان می‌دهند، کانکتوم نامیده می‌شوند. 

اولین موجودی که به این روش نقشه‌برداری شد، کرم Caenorhabditis elegans بود که سیستم عصبی آن به طور کامل در مقاله‌ای برجسته در سال ۱۹۸۶ توصیف شد. این کار مسیر تحقیقات آینده درباره این کرم را شکل داد،  یکی از مهم‌ترین موجودات مدل (موجوداتی که در تحقیقات علمی برای مطالعه فرآیندهای زیستی استفاده می‌شوند) - و تأثیر آن همچنان احساس می‌شود.

اما C. elegans در واقع مغز ندارد؛ حداقل مغزی که ما به این صورت بشناسیم. این کرم با داشتن فقط یک "حلقه عصبی" می‌تواند کارهای جالبی انجام دهد و حتی نوعی یادگیری ابتدایی را نشان دهد، اما اگر به دنبال پیچیدگی مغز انسان هستید، باید به موجودات دیگری توجه کنید.

به همین دلیل است که بسیاری از دانشمندان به حوزه کانکتومیک (مطالعه نقشه‌های عصبی) علاقه‌مند شده‌اند و ارزش نقشه‌برداری از مغز در این سطح از جزئیات را می‌شناسند.

 کنسرسیوم FlyWire با هدف استفاده از آخرین فناوری‌ها و گردآوری تخصص‌های ده‌ها آزمایشگاه از سراسر جهان برای ایجاد یک کانکتوم کامل از مغز مگس میوه راه‌اندازی شد. اما این کار چالشی عظیم بود. "تنها چند سال پیش، به دست آوردن یک کانکتوم کامل از Drosophila (نام علمی مگس میوه) به نظر دور از دسترس بود"، آنیتا وی. دوینی (یک پژوهشگر این حوزه) در مقاله‌ای همراه با مقالات جدید منتشر شده می‌نویسد.

کرم C. elegans تنها ۳۰۲ نورون دارد. دانشمندان قبلاً مغز یک لارو مگس میوه را نیز نقشه‌برداری کرده بودند که حدود ۳۰۰۰ نورون داشت. اما برای مگس میوه بالغ، آنها باید این عدد را به حدود ۱۴۰ هزار نورون برسانند - و حتی این تعداد در مقابل مغز انسان باز هم بسیار کوچک است؛ مغزی که تصور می‌شود حدود ۸۰ میلیارد نورون دارد.

این نقشه با ۲۱ میلیون تصویر از مغز یک مگس میوه بالغ ماده (که جای تحسین دارد) آغاز شد. با کمک هوش مصنوعی (AI)، این تصاویر هم‌تراز شده و بازسازی‌های سه‌بعدی از نورون‌های منفرد تولید شد.

 این "پیش‌نویس اولیه" سپس باید با دقت زیادی بازبینی می‌شد، بنابراین کنسرسیوم از صدها محقق و دانشمند شهروند از سراسر جهان کمک گرفت ـ تخمین زده شده که اگر یک نفر به تنهایی تمام‌وقت روی این پروژه کار می‌کرد، انجام این کار ۳۳ سال طول می‌کشید.

"در سال ۲۰۲۱، تنها ۱۵ درصد از نورون‌ها بازبینی شده بودند"، دکتر شلی اوینیولی در بیانیه‌ای دیگر گفت،  فوق‌العاده است و فکر مکنیم پیشرفت زیادی تنها سه سال حاصل شده است.

سپس از داده‌های دیگر استفاده شد تا سیناپس‌ها – یعنی همه ی ۵۰ میلیون سیناپس – شناسایی و دسته‌بندی شوند!

و بعد نوبت به "خواندن" نقشه رسید. در یکی از مقالات، جفریس و همکارانش از دانشگاه ورمونت، انواع مختلف نورون‌هایی را که در مغز مگس یافت می‌شود، را توضیح دادند. تعداد کل نورون‌ها بیش از ۸,۴۰۰ است که بیش از ۴,۵۰۰ تای آن‌ها برای علم کاملاً جدید هستند.

با استفاده از برخی از انیمیشن‌های سه‌بعدی که در پروژه‌های تحقیقاتی مختلف تولید شده‌اند، می‌توانیم نگاهی به بخش‌های مختلفی از مغز بیندازیم. برای مثال، می‌توانیم وارد نورون‌های شنوایی مگس شویم؛ سلول‌هایی که مگس ماده از آن‌ها برای شنیدن صدای نرهای بالقوه (برای جفتگیری )استفاده می‌کند.

از اینجا به کجا می‌رویم؟

این یک دستاورد شگفت‌انگیز است، اما اگر منتظر دیدن چیزی مشابه برای مغز انسان هستید، احتمالاً باید کمی صبر کنید. مغز یک مگس کمتر از ۱ میلی‌متر عرض دارد؛ در حالی که مغز انسان به مراتب پیچیده‌تر و بزرگ‌تر است.

با این حال، تیم تحقیقاتی هدف دیگری را در نظر دارد. "مغز مگس یک نقطه عطف در مسیر ما برای بازسازی نقشه سیم‌کشی مغز یک موش کامل است"، دکتر سباستین سئونگ از دانشگاه پرینستون، یکی از سرپرستان پژوهش، اظهار داشت.

حالا که FlyWire نشان داده چه چیزهایی میتوانیم دست پیدا کنیم ، هیچ دلیلی وجود ندارد که نتوان از همین روش برای مواجهه با چالش‌های بزرگ‌تر استفاده کرد. 

و در همین حال، این کانکتوم (نقشه ارتباطات عصبی) در حال حاضر تحقیقاتی را تسهیل می‌کند که می‌تواند برای انسان‌ها نیز نتایج مهمی داشته باشد. "سال‌ها کار بر روی آزمایش‌های آناتومیکی برای ردیابی ارتباطات عصبی، اکنون با چند کلیک روی وب‌سایت FlyWire جایگزین خواهد شد"

دوینی می‌نویسد

مگس‌ها ۶۰ درصد از DNA ما را به اشتراک می‌گذارند و بسیاری از شباهت‌ها در نحوه عملکرد مغزهای ما وجود دارد. انتشار این نقشه مغزی جدید، یک نقطه عطف واقعی است که بدون شک جهت تحقیقات علوم اعصاب را برای دهه‌های آینده شکل خواهد داد.

مقاله اصلی در Nature منتشر شده است. مقالات همراه نیز که در Nature منتشر شده‌اند، از طریق این صفحه در دسترس هستند.

ترجمه کازمولوژی 

منبع

ifl science