تخيل أنك تنظر إلى خريطة معقدة وجميلة لمدينة بأكملها، لكن المدينة في الواقع هي دماغ. يبدو جذابا، أليس كذلك؟ حسنًا، لقد جعل العلماء هذا الأمر حقيقة الآن.

أنشأ الخبراء أول مخطط أسلاك، أو “شبكة عصبية”، يتكون من 50 مليون وصلة لكل خلية عصبية في دماغ شخص بالغ، مما يمثل علامة فارقة في مجال علم الأعصاب.

رسم تخطيطي كامل لأسلاك الدماغ

أصبح هذا المشروع ممكنًا بفضل اتحاد Flyware، وهو تعاون دولي كبير يضم العلماء. مختبر MRC للبيولوجيا الجزيئية كامبريدج، جامعة برينستون، جامعة فيرمونت و جامعة كامبريدج.

يتم نشر الدراسة في زوج من الأوراق في المجلة طبيعةيوفر أول مخطط توصيل كامل لجميع الخلايا العصبية البالغ عددها 139,255 في دماغ ذبابة بالغة – وهو حيوان قادر على المشي والرؤية.

وقد رسمت دراسات سابقة هياكل دماغية صغيرة مثل يرقة ذبابة الفاكهة التي تحتوي على 3016 خلية عصبية أو الدودة الخيطية التي تحتوي على 302 خلية عصبية.

ومع ذلك، فإن الدراسة الحالية تفتح آفاقًا جديدة من خلال توفير خريطة عصبية كاملة النطاق لكائن حي شديد التعقيد.

الدماغ البشري مقابل. دماغ الذبابة

يعد رسم خريطة لكل خلية عصبية في دماغ ذبابة الفاكهة البالغة خطوة أساسية نحو فهم كيفية عمل الدماغ، بما في ذلك دماغنا.

تحتوي ذباب الفاكهة على حوالي 140 ألف خلية عصبية، وهو عدد صغير مقارنة بـ 86 مليار خلية عصبية في دماغ الإنسان، مما يجعل دراستها سهلة للغاية.

يمكن للعلماء أن يقوموا بسرعة بتوليد ذباب الفاكهة وتحوره، مما يسمح لهم بالتلاعب بالوراثة ورؤية كيف تؤثر التغييرات على الدوائر العصبية والسلوك.

هذه البساطة تمكن الباحثين من اكتشاف المبادئ الأساسية لوظيفة الدماغ دون التورط في التعقيد.

توفر خرائط الدماغ رؤية ثاقبة للعقل البشري

ومن المثير للاهتمام أن العديد من العمليات البيولوجية في ذباب الفاكهة تشبه تلك الموجودة في البشر. يتم الحفاظ على الجينات والمسارات التي تتحكم في نمو الدماغ، واتصالات الخلايا العصبية، والتعلم إلى حد كبير عبر الأنواع.

من خلال رسم خريطة لدماغ ذبابة الفاكهة، يمكن للعلماء اكتشاف كيفية عمل هذه العمليات في نظام بسيط ومن ثم تطبيق تلك الأفكار على أدمغة أكثر تعقيدًا.

بالإضافة إلى ذلك، فإن فهم كيفية اتصال الخلايا العصبية في الذباب يكشف عن أنماط شائعة لتنظيم وسلوك الدوائر العصبية، والتي قد تساعدنا أيضًا على فهم السلوكيات البشرية والوظائف المعرفية.

وأخيرا، فإن الأدوات والتقنيات التي تم تطويرها لرسم خريطة لدماغ ذبابة الفاكهة مهدت الطريق للتقدم في أبحاث علم الأعصاب. يمكن تكييف الاكتشافات في التصوير والتلاعب الجيني وتحليل البيانات من دراسات ذبابة الفاكهة لدراسة أدمغة أكثر تعقيدا، بما في ذلك أدمغتنا.

علاوة على ذلك، يمكن للرؤى المستمدة من ذباب الفاكهة أن تساعد في وضع نموذج للأمراض العصبية واضطرابات النمو، مما يؤدي إلى علاجات محتملة للبشر.

مواصلة البحث في علم الأعصاب

توفر النتائج رؤى قيمة حول بنية الدماغ ووظيفته، مما يوفر مقارنة مهمة للأبحاث الجارية في علم الأعصاب.

“إذا أردنا أن نفهم كيفية عمل الدماغ، فنحن بحاجة إلى فهم ميكانيكي لكيفية تناسب جميع الخلايا العصبية معًا وتسمح لك بالتفكير. بالنسبة لمعظم الدماغ، لا نعرف كيف تعمل هذه الشبكات”، كما أشارت الدراسة المشاركة في الدراسة. المؤلف الدكتور جريجوري جيفريز.

خريطة مفصلة لدماغ الذبابة سوف تجيب على العديد من هذه الأسئلة، وتكشف عن التفاصيل الدقيقة للدوائر العصبية.

التشابه في توصيلات الدماغ

كان أحد أبرز ما كشفت عنه الدراسة هو التشابه الكبير في الأسلاك الذي لوحظ بين المخطط الحالي والجهود الصغيرة السابقة.

أدى هذا إلى استنتاج مفاده أن الأدمغة الفردية تشترك في أوجه التشابه المتأصلة في توصيلاتها، على عكس الاعتقاد بأن كل دماغ هو نظام فريد من نوعه.

رحلة لرسم خريطة الدماغ

كان الطريق إلى هذا العمل الفذ يتضمن تقطيع دماغ الذبابة بالكامل إلى 7000 شريحة رفيعة يقل عرضها عن ملليمتر واحد.

تم بعد ذلك مسح هذه الشرائح بدقة باستخدام مجهر إلكتروني عالي الدقة، واستخراج أنماط ما يقرب من 140 ألف خلية عصبية و50 مليون اتصال بينها.

قوة الذكاء الاصطناعي

أصبحت مهمة تحليل هذه الكمية الهائلة من البيانات ممكنة باستخدام التعلم الآلي، مما يدل على إمكانات تكنولوجيا الذكاء الاصطناعي لإحداث ثورة في علم الأعصاب.

يتطلب التحقق من الصحة 33 عامًا من العمل لضمان دقة البيانات. وعلى الرغم من التحديات، فقد مهدت نتائج هذا الجهد الدقيق الطريق لاكتشافات مستقبلية في علم الأعصاب.

بالإضافة إلى إنشاء اتصالات عصبية، شرح الباحثون أيضًا العديد من تفاصيل مخطط الأسلاك، مثل تصنيف أكثر من 8000 نوع من الخلايا في جميع أنحاء الدماغ.

وأوضح الدكتور فيليب شليغل: “إن مجموعة البيانات هذه تشبه خرائط جوجل، ولكن بالنسبة للدماغ: خريطة للأسلاك الأولية بين الخلايا العصبية، مثل معرفة أن الهياكل في صور الأقمار الصناعية للأرض تتوافق مع الشوارع والمباني”. دراسات.

محاكاة نشاط الدماغ

إن عمل الباحثين يتجاوز مجرد رسم الخرائط. واستخدموا أيضًا تقنية مسح الصور بالذكاء الاصطناعي للتنبؤ بما إذا كان كل مشبك عصبي مثبطًا أم مثيرًا، وهو جانب مهم لمحاكاة الدماغ رقميًا.

وقال الدكتور جيفريز: “باستخدام بياناتنا التي نتشاركها عبر الإنترنت أثناء عملنا، بدأ علماء آخرون بالفعل في محاولة محاكاة كيفية استجابة دماغ الذبابة للعالم الخارجي”.

“هذه بداية مهمة، لكننا بحاجة إلى جمع أنواع مختلفة من البيانات لإنشاء محاكاة موثوقة لكيفية عمل الدماغ.”

اتجاهات البحث المستقبلية

لقد أحدث هذا البحث بلا شك ثورة في فهمنا للدماغ، لكن الرحلة لا يزال أمامها طريق طويل لنقطعه. وبينما نمضي قدمًا، سوف تدرس الدراسات المستقبلية الاختلافات في البنية العصبية بين أدمغة الذبابة الذكور والإناث.

وأشار الباحثون إلى أن “تفاصيل مخطط الأسلاك لدينا لها مزايا كبيرة لأبحاث الدماغ وتتيح العديد من أنواع الدراسات التي لم تكن ممكنة في السابق باستخدام مخططات الأسلاك لمناطق دماغ الذبابة”.

يتم نشر الدراسة في المجلة طبيعة.

—–

هل أعجبك ما قرأته؟ اشترك في النشرة الإخبارية لدينا للحصول على مقالات جذابة ومحتوى حصري وآخر التحديثات.

تفضل بزيارتنا على EarthSnap، وهو تطبيق مجاني من Eric Ralls وEarth.com.

—–