Είναι τόση δα, με χαρακτηριστικά κόκκινα μάτια, και η επιστήμη της χρωστάει πολλά. Είναι η μύγα δροσόφιλα (Drosophila melanogaster), που εδώ και 115 χρόνια προσφέρει πολύτιμη γνώση για τη βιολογία και αποκαλύπτει σημαντικά μυστικά για το DNA «ανώτερων» οργανισμών, του ανθρώπου περιλαμβανομένου. Εχει μοιράσει, άλλωστε, και κάμποσα βραβεία Νομπέλ…

Τώρα ετοιμάζεται να διαβάσει και το μυαλό μας!

Για πρώτη φορά στα 115 χρόνια που η ταπεινή δροσόφιλα χρησιμοποιείται ως βιολογικό πειραματικό μοντέλο, οι επιστήμονες χαρτογράφησαν oλόκληρο τον εγκέφαλό της. Προσδιόρισαν τη θέση, το σχήμα και τις συνδέσεις κάθε ενός από τους περίπου 140.000 νευρώνες του και τις 50 εκατομμύρια συνδέσεις του. Πρόκειται για την πιο λεπτομερή ανάλυση εγκεφάλου που έχει γίνει ποτέ σε ενήλικο ζώο.

Αυτός ο εγκέφαλος, που είναι μικρότερος από το κεφάλι μιας καρφίτσας, μπορεί να ανοίξει μία ακόμη δίοδο προς την κατανόηση του ανθρώπινου εγκεφάλου και του μηχανισμού της σκέψης.

«Δεν έχουμε ιδέα για το πώς το δίκτυο των εγκεφαλικών κυττάρων μας επιτρέπει την αλληλεπίδραση με τον γύρω μας κόσμο. Ποιες είναι οι συνδέσεις; Πώς ρέουν τα σήματα μέσα στο σύστημα που μας επιτρέπει να επεξεργαζόμαστε πληροφορίες για να αναγνωρίζουμε ένα πρόσωπο ή να ακούμε μια φωνή και να μετατρέπουμε τον ήχο και τις λέξεις σε ηλεκτρικά σήματα; Η χαρτογράφηση του εγκεφάλου της μύγας είναι πραγματικά αξιοσημείωτη και θα μας βοηθήσει να κατανοήσουμε πραγματικά πώς λειτουργεί ο δικός μας εγκέφαλος» αναφέρει στο BBC ο δρ Γκρέγκορι Τζέφερις, του Εργαστηρίου Μοριακής Βιολογίας (LMB) του Συμβουλίου Ιατρικών Ερευνών στο Κέιμπριτζ.

Εχουμε ένα εκατομμύριο φορές περισσότερα εγκεφαλικά κύτταρα και νευρώνες από τη μύγα των φρούτων που μελετήθηκε. Πώς μπορεί λοιπόν το διάγραμμα συνδεσμολογίας του εγκεφάλου ενός εντόμου να βοηθήσει ώστε να μάθουμε πώς σκεφτόμαστε;

Οι εικόνες που δημιούργησαν οι επιστήμονες, οι οποίες δημοσιεύονται στο περιοδικό Nature μαζί με την εκτενή έρευνα, στην οποία συμμετείχαν επί δέκα και πλέον χρόνια δεκάδες στελέχη διεθνώς αναγνωρισμένων πανεπιστημίων (το project ονομάστηκε FlyWire Consortium), δείχνουν ένα κουβάρι καλωδιώσεων, τόσο όμορφο όσο και πολύπλοκο.

Το σχήμα και η δομή αυτού του δικτύου συνδέσμων αποτελούν το κλειδί για να κατανοήσουν οι επιστήμονες πώς ένα τόσο μικροσκοπικό όργανο μπορεί να επιτελέσει τόσο ισχυρές υπολογιστικές εργασίες.

Οι ερευνητές κατάφεραν να εντοπίσουν ξεχωριστά κυκλώματα για πολλές επιμέρους λειτουργίες και να δείξουν το πώς συνδέονται μεταξύ τους. Οι συνάψεις που εμπλέκονται με την κίνηση, για παράδειγμα, βρίσκονται στη βάση του εγκεφάλου της δροσόφιλας, ενώ εκείνες που συνδέονται με τη λειτουργία της όρασης βρίσκονται προς τα πλάγια.

Με βάση τα διαφορετικά σχήματα των νευρώνων, οι ερευνητές κατέταξαν τα κύτταρα σε 8.453 διαφορετικούς τύπους, συντάσσοντας τον μεγαλύτερο κατάλογο κυτταρικών τύπων που έχει υπάρξει ποτέ για οποιονδήποτε εγκέφαλο (στον ανθρώπινο εγκέφαλο έχουν αναγνωριστεί ως τώρα μόνο 3.300 τύποι κυττάρων).

Γιατί είναι τόσο δύσκολο να πετύχεις τη μύγα

Οπως αναφέρει το BBC, τα διαγράμματα καλωδίωσης του εγκεφάλου της μύγας αποκάλυψαν ότι μόλις η όρασή της εντοπίζει κάποια απειλή, ο εγκέφαλος στέλνει απευθείας σήμα στα πόδια της. Μάλιστα, το σήμα αυτό είναι τόσο ισχυρό, που η μύγα πηδάει μακριά με αστραπιαία ταχύτητα, πριν καν προλάβει να το σκεφτεί!

Αυτός είναι, μάλλον, και ο λόγος που μια εφημερίδα τυλιγμένη σε ρολό συνήθως δεν μπορεί να την πετύχει…

7.000 φέτες  εγκεφάλου

Για την πλήρη χαρτογράφηση του εγκεφάλου και της συνδεσμολογίας του οι επιστήμονες έκοψαν τον εγκέφαλο της μύγας σε 7.000 «φέτες» χρησιμοποιώντας τεχνολογία που θα μπορούσε να παρομοιαστεί με έναν μικροσκοπικό τρίφτη τυριού. Στη συνέχεια έγινε απεικόνιση της κάθε φέτας και ψηφιακή σύγκριση με όλες τις άλλες.

Με τη βοήθεια της Τεχνητής Νοημοσύνης, η ομάδα του Princeton οπτικοποίησε τα σχήματα και τις συνδέσεις όλων των νευρώνων. Χρειάστηκε, αναφέρει το BBC, να διορθώσουν με το χέρι πάνω από τρία εκατομμύρια λάθη της ΤΝ…

Μέχρι εδώ είχε γίνει η μισή δουλειά: ο χάρτης από μόνος του δεν είχε νόημα χωρίς την περιγραφή της λειτουργίας κάθε συνδέσμου. «Είναι σαν τους χάρτες της Google αλλά για τον εγκέφαλο. Το ακατέργαστο διάγραμμα συνδέσεων μεταξύ των νευρώνων είναι σαν να γνωρίζουμε ποιες δομές αντιστοιχούν σε δρόμους και κτίρια. Η περιγραφή των νευρώνων είναι σαν να προσθέτουμε στον χάρτη τα ονόματα των δρόμων και των πόλεων, τις ώρες λειτουργίας των επιχειρήσεων, τους αριθμούς τηλεφώνου, τις κριτικές κ.λπ.» εξηγεί στο BBC o δρ Φίλιπ Σλέγκελ, επίσης από το Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας του Κέιμπριτζ.

Ο χάρτης του εγκεφάλου της δροσόφιλας είναι διαθέσιμος σε κάθε επιστήμονα και ο Σλέγκελ πιστεύει ότι χάρη σε αυτόν οι νευροεπιστήμες θα έρθουν σε επαφή με «μια χιονοστιβάδα ανακαλύψεων τα επόμενα δύο χρόνια».

Ο ανθρώπινος εγκέφαλος είναι, βέβαια, πολύ μεγαλύτερος από εκείνον της μύγας και δεν υπάρχει ακόμη η τεχνολογία που θα έδινε την δυνατότητα να καταγραφούν όλες οι πληροφορίες σχετικά με την «καλωδίωσή» του.

Αλλά οι ερευνητές πιστεύουν ότι ίσως σε 30 χρόνια θα είναι δυνατό να έχουμε τον χάρτη συνδέσεων του ανθρώπινου μυαλού. Και το μυαλό της μύγας ίσως να ήταν το πρώτο βήμα.

Ακολουθήστε το Protagon στο Google News