ابتكر الباحثون أول مخطط توصيلي لدماغ ذبابة الفاكهة بالكامل، والذي يعد بإحداث ثورة في مجال علم الأعصاب ويؤدي إلى رؤى غير مسبوقة حول كيفية توليد الدماغ للسلوكيات.
نادرًا ما تم تكريس الكثير من الجهد في العلوم لمثل هذه الأشياء الصغيرة، وقد استغرق الأمر سنوات من العلماء لرسم خريطة لملفات جميع الخلايا العصبية البالغ عددها 139255 و50 مترًا من الوصلات الموجودة في دماغ ذبابة بحجم حبة الخشخاش.
وفي هذه العملية، قام الباحثون بتمييز أكثر من 8400 نوع مختلف من الخلايا، وهو ما يمثل أول كتالوج كامل للأجزاء التي تشكل دماغ الذبابة.
يقول القائد المشارك سيباستيان تشيونغ، أستاذ علوم الكمبيوتر وعلم الأعصاب في جامعة برينستون: “قد تتساءل لماذا يجب أن ننظر إلى دماغ ذبابة الفاكهة”. مشروع فلاي واير. “إجابتي البسيطة هي أنه إذا تمكنا حقًا من فهم كيفية عمل أي دماغ، فسوف يخبرنا ذلك كثيرًا عن جميع الأدمغة.”
تم فك التشابك المعقد للخلايا العصبية، والذي يمكن أن يصل طوله إلى 150 مترًا، من خلال عملية شاقة بدأت بقطع دماغ أنثى ذبابة الفاكهة إلى 7000 شريحة رفيعة. تم تصوير كل قسم بالمجهر الإلكتروني للكشف عن هياكل صغيرة يصل عرضها إلى أربعة أجزاء من المليون من المليمتر.
ولجأ الباحثون إلى الذكاء الاصطناعي (AI) لتحليل ملايين الصور وتتبع مسار كل خلية عصبية واتصال متشابك عبر العضو الصغير. ولأن الذكاء الاصطناعي ارتكب الكثير من الأخطاء، تم تجنيد جيش عالمي من العلماء والمتطوعين للمساعدة في تصحيح الأخطاء ووضع اللمسات النهائية على الخريطة.
لقد أتى العمل بثماره بالفعل. اكتشف الباحثون، مسلحين بالخريطة، خلايا عصبية “مستجوبة” تدمج أنواعًا مختلفة من المعلومات و”أجهزة بث” يمكنها إرسال إشارات لتنسيق النشاط في دوائر عصبية مختلفة. هناك دائرة عصبية محددة، عند تحفيزها، تتسبب في توقف ذباب الفاكهة في مساراتها أثناء سيرها.
وفي نذير لما سيأتي، استخدم الباحثون مخططًا أسلاكيًا يسمى الشبكة العصبية لإنشاء محاكاة حاسوبية لجزء من دماغ الذبابة. وقد أدت تجارب المحاكاة إلى تحديد الدوائر العصبية المستخدمة لمعالجة الذوق، مما يشير إلى أن عمليات المحاكاة المستقبلية قد تلقي المزيد من الضوء على كيفية قيام توصيلات الدماغ بالسلوك الحيواني.
وقال تشيونج: “إن علم الاتصال هو بداية التحول الرقمي لعلم الأعصاب… وهذا التحول سيمتد إلى محاكاة الدماغ”. “سيكون هذا أسرع تسريع يمكننا القيام به في علم الأعصاب.”
تم نشر تفاصيل المشروع، الذي شارك فيه باحثون من كندا وألمانيا ومختبر MRC للبيولوجيا الجزيئية وجامعة كامبريدج في إنجلترا، طوال الوقت. تسع أوراق في الطبيعة. وفي مقال مصاحب، وصفت الدكتورة أنيتا ديفينيني، عالمة الأعصاب بجامعة إيموري في أتلانتا، مخطط الأسلاك بأنه “إنجاز تاريخي”.
لقد بدأ العمل بالفعل على إنشاء مخطط كامل لأسلاك دماغ الفأر، والذي يأمل الباحثون في إكماله خلال خمس إلى عشر سنوات. لكن تكرار هذا الإنجاز بالنسبة للدماغ البشري بأكمله، بما يحتويه من 86 مليار خلية عصبية وتريليونات من الوصلات، هو سؤال آخر. إن الدماغ البشري أكثر تعقيدًا بحوالي مليون مرة من دماغ ذبابة الفاكهة، مما يجعل مخطط الأسلاك الكامل خارج نطاق الممارسة مع تكنولوجيا اليوم. سيتطلب الأمر قدرًا كبيرًا من الذاكرة: يقدر العلماء أنها ستكون زيتابايت من البيانات، أي ما يعادل حركة المرور على الإنترنت في العالم لمدة عام.
النهج الأكثر واقعية هو رسم خريطة للتوصيلات العصبية في مناطق معينة من الدماغ البشري، الأمر الذي قد يلقي الضوء في النهاية على ما إذا كانت التوصيلات المعيبة تكمن وراء الاضطرابات العصبية والنفسية وغيرها من اضطرابات الدماغ. وقال الدكتور جون ناكاي، مدير مبادرة الدماغ التابعة للمعاهد الوطنية الأمريكية للصحة: ”ببساطة، لا يمكننا إصلاح ما لا نفهمه، وهذا هو الأساس الذي يجعلنا نعتقد أن هذه لحظة حرجة اليوم”.
“أمامنا مهمة كبيرة.”
