"Vaisinės muselės lervos kognityviniai gebėjimai gali neatrodyti ypač verti dėmesio. Šis padaras – ankstyvoji, kirmėlėtoji musės fazė – beveik gali pajusti aplinką, ieškoti maisto ir vengti plėšrūnų. Jo smegenys dar nežino, kaip tai padaryti, kad išeitų vaikščioti, skristi ar net tinkamai matyti. Tačiau jo ribotas pajėgumas vis dar yra miniatiūrinis naudingas modelis tam, ką gali padaryti didesnės ir sudėtingesnės smegenys.
Šią savaitę mokslininkai paskelbė pirmąjį pilną tokios lervos smegenų žemėlapį. Ši „konektoma“ – trimatės elektronikos grandinės schemos atitikmuo – parodo smegenų neuronų vietas, taip pat sinapses, jungtis, kuriose smegenų ląstelės perduoda informaciją viena kitai. Šių grandinių struktūros įtakoja, kokius skaičiavimus gali atlikti smegenys. Žinodami, kaip neuronai yra tarpusavyje susiję, mokslininkai gali labiau mechanistiškai suprasti, kaip veikia smegenys.
Iki šiol konjunktomos buvo gaminamos tik paprastesnių organizmų, tokių, kaip nematodų kirminas, kurių smegenyse yra šimtai neuronų ir kurių sudėtingas elgesys dar nepastebėtas. Arba buvo pažymėtos mažos didesnių smegenų dalys, įskaitant pačią vaisinę musę.
Tačiau niekada anksčiau nebuvo sudarytos visos tokio sudėtingo organizmo smegenys, apimančios apie 548 000 jungčių tarp 3 016 neuronų vaisinės muselės lervos atveju.
Naujausias darbas, paskelbtas Science, žymi daugiau, nei dešimtmetį, trukusių pastangų kulminaciją, pradėtą Janelia tyrimų miestelyje Virdžinijoje, kaip Flyem projekto dalį.
Pirmasis žingsnis apėmė mažyčių lervos smegenų supjaustymą į tūkstančius sluoksnių, kad būtų galima nuskaityti elektroniniu mikroskopu (pavadinimo EM). Tada mokslininkai kruopščiai pažymėjo ir išanalizavo vaizdus, subrėždami sritis, susijusias su tokiomis funkcijomis, kaip, pavyzdžiui, regėjimas ar uoslė.
Vaisinės muselės lervos konektoma jau suteikė įžvalgų. Pavyzdžiui, sutvėrimo smegenų regionai, susiję su mokymusi, savo grandinėje turėjo daugiau kilpų, o pasroviui esantys neuronai jungiasi atgal su esančiais prieš juos, nei kitose smegenų srityse. Tai pasiūlė šansą pakartotinai apdoroti signalus. Vienas iš siūlomų paaiškinimų yra tas, kad tokios kilpos koduoja prognozes ir kad būtybės mokosi, lygindamos jas su realia patirtimi.
Pavyzdžiui, informacija apie lapo skonį gali patekti į neuroną kartu su prognoze, pagrįsta ankstesniais valgiais. Jei skonis skiriasi nuo numatytų, neuronas gali išskirti dopaminą – cheminę medžiagą, galinčią perjungti grandinę, kad būtų sukurta nauja atmintis.
Biologai turi daug ko pasimokyti iš konektomų. Marta Zlatic, Kembridžo universiteto neuromokslininkė ir naujausių tyrimų autorė, numato trijų pakopų „konektomų“ studijų programą. Pirma, jungiamasis žemėlapis. Antra, gyvų smegenų veiklos modeliai, vaizduojami, gyvūnui atliekant užduotis. Trečia, ši informacija sujungiama, siekiant tiksliai nustatyti smegenų struktūros skirtumus, kuriuos verta manipuliuoti ar veisti laboratorijoje, kad būtų galima eksperimentiškai patikrinti hipotezes tarp būtybių, turinčių skirtingas smegenų struktūras.
Pavyzdžiui, norint suprasti sąmoningumo kilmę arba tai, kaip musė nusprendžia atlikti tokią veiklą, kaip judėjimas į priekį, būtybės smegenys būtų nuskaitomos, jai judant. Tada jungtyje būtų analizuojami aktyvūs regionai. Kitose musėse galėtų nutildyti tas specifines smegenų grandines ir, palyginę skirtingų būtybių elgesį, mokslininkai galėtų tiksliai nustatyti konkrečių smegenų sričių vaidmenį, kaip musė atlieka veiklą.
„Ateitis, – sako dr. Zlatic, – yra lyginamoji konekomika."
Tai dabar atrodo pasiekiama. Net per dešimtmetį nuo FlyEM projekto pradžios technologijos smarkiai pažengė į priekį. Nano masto saliamio pjaustymas, susijęs su EM, dabar gali būti atliktas per savaites, o ne metus. Analizė taip pat gali būti paspartinta: dabar, kai kruopštus darbas, ženklinant lervos konektomą, jau buvo atliktas rankomis, mašina gali būti išmokyta tai padaryti dar kartą kitos būtybės smegenyse.
Dešimtys grupių veržiasi į priekį. Kita FlyEM komandos atšaka sprendžia suaugusiųjų vaisinių musių konektomą, kuri turi dešimt kartų daugiau neuronų ir žymiai didesnę regimąją žievę.
Kitos grupės yra nukreiptos žemyn į zebra žuvį, palyginti lengvai valdomus stuburinius gyvūnus. Tačiau didžiausias žaidimas šiuo metu yra pelė. Smegenis, kurių smegenų tūris yra tūkstantį kartų didesnis, nei vaisinės musės, šiuo metu tyrinėja po vieną kubinį milimetrą. Vis dėlto, sako Moritzas Helmstaedteris iš Maxo Plancko smegenų tyrimų instituto Frankfurte, vadovaujantis vienam tokiam projektui, pilna pelės konektoma yra puikiai pasiekiama, jei už kelių šimtų milijonų dolerių.
Žinoma, didžiausias prizas yra žmogaus smegenys, dar tūkstantį kartų didesnės ir daug sudėtingesnės. Bet kada, jei išvis kada nors, bus suteiktas finansavimas visam šios konektomos tyrimui, dar reikia pamatyti tolimoje ateityje." [1]
1. "A big advance in mapping the structure of the brain." The Economist, 10 Mar. 2023, p. NA.
Komentarų nėra:
Rašyti komentarą