© Shutterstock

Människor kontra flugor -

Sebastian Seung, professor i datavetenskap och neurovetenskap vid Princeton University och en av ledarna för forskargruppen, ställde en intressant fråga: "Varför ska vi bry oss om en bananflugas hjärna?" Hans svar är enkelt, men ändå djupgående: förståelse för hur olika hjärnor fungerar kan ge värdefull information om hur alla hjärnor fungerar.

© Shutterstock

Avmystifierande av flugor -

Flugor avfärdas ofta som irriterande skadedjur men har spelat en betydande roll i människans kultur genom historien. Inom allt från konst och litteratur till folklore och vidskepelse har dessa små insekter eggat vår fantasi och haft en djup symbolisk betydelse.

© Shutterstock

Dåligt rykte -

I antikens Egypten förknippades flugor med krigföring, död och förstörelse. "Gyllene flugans orden" var en utmärkelse som gavs till modiga soldater och återspeglade insektens uthållighet och motståndskraft. Flugor betraktades också som budbärare från underjorden som vägledde de dödas själar.

© Getty Images

Betydelsefulla för miljön -

Flugor är viktiga bioindikatorer och ger värdefull information om miljöns hälsa. Vissa arter är mycket känsliga för föroreningar och deras närvaro eller frånvaro kan vittna om tillståndet i ett ekosystem.

© Shutterstock

Vetenskapliga genombrott -

Bananflugor har i mer än ett sekel hjälpt forskare att studera nedärvningsmekanismer, utvecklingsbiologi och signaltransduktionsvägar. De har också spelat en avgörande roll för att förstå den genetiska grunden för sjukdomar, bland annat cancer och neurodegenerativa sjukdomar.

© Shutterstock

Ändrad uppfattning -

Från att ha smädats som symboler för förfall till att hyllas som betydande bidragsgivare till vetenskapliga framsteg har flugor spelat en avgörande roll för att främja vår förståelse för biologi, medicin och miljömässig hållbarhet.

© Shutterstock

De är förvånansvärt lika oss -

Bananflugor delar cirka 60 procent av människans gener, vilket gör dem till värdefulla modeller för studiet av mänsklig biologi och sjukdomar. Deras likheter med människor, bland annat åldrandemönster, reaktioner på koffein och uppvaktningsbeteenden, belyser vilken information som skulle kunna erhållas genom att studera deras hjärnor.

© Shutterstock

Smarta kamrater -

Även om de är mindre än ett knappnålshuvud är bananflugors hjärnor otroligt komplexa och kapabla att utföra sofistikerade uppgifter. Genom att studera dessa neurala kretsar har forskare erhållit värdefull information om varför flugor är så svåra att få fatt på med flugsmällare, till exempel.

© Shutterstock

Varför är de så svåra att slå? -

Flugors synkretsar gör det möjligt för dem att upptäcka annalkande hot och dess riktning med otrolig precision. När de står inför vår hoprullade tidning skickar deras synkretsar en stark hoppsignal till benen som är vända bort från faran och gör det möjligt för dem att reagera instinktivt – bokstavligen snabbare än tankens hastighet.

© Shutterstock

Banbrytande -

Hjärnkopplingsscheman, vetenskapligt kända som connectomes, tillhandahåller en faktisk karta som forskare kan använda för att jämföra och utöka till andra arter. Fram till nyligen hade forskare bara connectomes av en enkel mask, som har 300 trådar, och en fluglarv, som har 3 000.

© Shutterstock

Forskare anstränger sig till sitt yttersta -

Utvecklingen av flugans hjärndiagram var ett monumentalt företag som krävde internationellt samarbete mellan forskare. Forskarna bildade FlyWire Consortium, som låter som taget ur en Marvelfilm.

© Shutterstock

Hur tar man sig in i en flugas hjärna? -

För att skapa kopplingsschemat skar forskarna noggrant en flughjärna i 7 000 sektioner med hjälp av en mikroskopisk teknik som kan liknas vid att riva ost. Varje del fotograferades sedan och rekonstruerades digitalt. Man använde ett elektronmikroskop för att visualisera strukturer så små som fyra miljondelar av en millimeter.

© Shutterstock

AI kommer till undsättning -

Forskarna tog sedan hjälp av artificiell intelligens för att analysera de miljontals bilderna och spåra det intrikata nätverket av neuroner och synaptiska kopplingar i flugans hjärna.

© Shutterstock

Manuellt arbete -

Sin kapacitet till trots lyckades den artificiella intelligensen inte automatisera processen helt. Forskarna var tvungna att manuellt korrigera över tre miljoner fel i den genererade kartan. Detta enorma arbete krävde gemensamma ansträngningar av ett flertal forskare och frivilliga från olika länder.

© Shutterstock

Kopplingar -

Det återstod dock en hel del arbete. Utan en beskrivning av vad varje enskild neural koppling gör vore kartan meningslös, enligt Philipp Schlegel vid Medicinska forskningsrådets laboratorium för molekylärbiologi.

© Shutterstock

Hjärn-GPS -

Enligt Schlegel är hjärnkartan motsvarigheten till Google Maps, fast för sinnet. Diagrammet visar vägarna mellan neuroner, som gator och byggnader. "För att verkligen förstå hjärnans funktion måste vi dock lägga till motsvarigheten till gatunamn, stadsnamn, öppettider, telefonnummer och recensioner. Först då kan vi navigera i detta komplexa landskap och få fram meningsfull information" förklarar Schlegel.

© Shutterstock

Djupdykning -

Genom att analysera hjärnkartan har forskare identifierat distinkta neurala kretsar som fyller olika funktioner. Till exempel är de kretsar som är involverade i rörelse belägna vid hjärnans bas, medan kretsarna för visuell bearbetning är belägna åt sidan.

© Shutterstock

Eureka! -

Visuell bearbetning kräver betydligt mer beräkningskraft än rörelse, vilket resulterar i ett större antal neuroner som är involverade i dessa kretsar. Även om forskarna visste att det fanns separata syn- och rörelsekretsar har kopplingarna mellan dem förblivit ett mysterium fram till nu.

© Shutterstock

Fynd -

Totalt har forskarna identifierat cirka 140 000 nervceller – varav 98 procent har kategoriserats – och över 50 miljoner synapser.

© Shutterstock

Fynd -

Med hjälp av den detaljerade hjärnkartan har forskare identifierat specialiserade nervceller med distinkta funktioner. "Interrogator"-neuroner integrerar olika typer av information, medan "broadcaster"-neuroner kan koordinera aktivitet mellan olika neurala kretsar. Vidare har en specifik krets som stoppar bananflugans rörelse upptäckts.

© Getty Images

Hjärnan ett fortsatt mysterium -

Den mänskliga hjärnan är betydligt större och mer komplex än en flugas, vilket gör fullständig kartläggning till en enorm utmaning.

© Getty Images

Språngbräda -

En komplett connectome av en fluga och dess 130 000 trådar är en fantastisk teknisk bedrift som banar väg för att hitta connectomes för större hjärnor som musen och, kanske om några decennier, vår egen.

© Getty Images

Tekniska problem -

På grund av rådande tekniska begränsningar kan vi inte greppa de intrikata detaljerna i vårt eget neurala nätverk. Hjärnskanningar kan visa delar av hjärnans kopplingar, men även den mest avancerade tekniken ger bara en partiell glimt av dess intrikata nätverk.

© Getty Images

Avkodning av den mänskliga hjärnan -

Om vi har en miljon gånger så många hjärnceller, eller neuroner, som den bananfluga som studerades, hur kan då kopplingsschemat för en insektshjärna hjälpa forskare att ta reda på hur vi tänker?

© Shutterstock

Framtida studier -

Schlegel förutspår att denna nya hjärnkarta är början på en våg av neurovetenskapliga upptäckter inom de närmaste åren. Genom att studera bananflugans hjärnkarta söker forskarna uppnå en mer djupgående förståelse för hur en frisk hjärna fungerar.

© Shutterstock

Botemedel mot psykiska åkommor? -

Genom att kartlägga de neurala kopplingarna i specifika områden i den mänskliga hjärnan hoppas forskarna kunna kasta ljus över de underliggande orsakerna till neuropsykiatriska och andra hjärnsjukdomar. Som John Ngai, chef för National Institutes of Health's Brain Initiative, betonar: "Vi kan inte åtgärda det vi inte förstår. Det är därför kunskap om hjärnans kopplingar är så viktigt."

© Shutterstock

Det lär ta tid -

Kartläggning av hela den mänskliga hjärnan, med dess 86 miljarder neuroner och biljoner kopplingar, är ingen liten uppgift. Eftersom våra hjärnor är ungefär en miljon gånger så komplexa som en bananflugas skulle det krävas en häpnadsväckande mängd data för att färdigställa ett kopplingsschema, motsvarande all världens internettrafik under ett år.

Källor: (FlyWire) (Nature) (BBC) (The Guardian) (Harvard Medical School) (Medium)

© Shutterstock