تحتوي الخريطة الكاملة الأولى لدماغ الحشرة على 3016 خلية عصبية
كشف العلماء عن أول خريطة كاملة لدماغ حشرة.
استغرقت الخريطة الشاملة ، التي تسمى الشبكة العصبية ، 12 عامًا من العمل الدقيق لتكوينها ، وتُظهر موقع جميع الخلايا العصبية البالغ عددها 3016 في دماغ يرقات ذبابة الفاكهة (ذبابة الفاكهة سوداء البطن). يوجد بين خلايا الدماغ هذه 548000 نقطة اتصال أو مشابك ، حيث يمكن للخلايا إرسال رسائل كيميائية بعضها البعض والتي بدورها تطلق إشارات كهربائية تنتقل عبر أسلاك الخلايا.
حدد الباحثون الشبكات التي من خلالها ترسل الخلايا العصبية في أحد جانبي الدماغ البيانات إلى الجانب الآخر ، حسبما أفاد الفريق في 9 مارس في المجلة. علوم (يفتح في علامة تبويب جديدة). صنف الفريق أيضًا 93 نوعًا متميزًا من الخلايا العصبية ، والتي تختلف في شكلها ووظائفها المقترحة وطريقة اتصالها بالخلايا العصبية الأخرى.
قال الخبراء لـ Live Science إن الشبكة العصبية الجديدة رائعة لاكتمالها.
متعلق ب: أنشأت Google للتو الصورة الأكثر تفصيلاً للدماغ حتى الآن
“هذه الدراسة هي الأولى التي تكون قادرة على رسم خريطة كاملة للدماغ المركزي للحشرة وبالتالي تمييز جميع المسارات المشبكية لجميع الخلايا العصبية ،” نونو ماكاريكو دا كوستا (يفتح في علامة تبويب جديدة) و كيسي شنايدر ميزيل (يفتح في علامة تبويب جديدة)، أعضاء مجموعة الترميز العصبي في معهد ألين لعلوم الدماغ ومقره سياتل والذين لم يشاركوا في المبادرة ، أخبر لايف ساينس في رسالة بريد إلكتروني مشتركة.
في عام 2020 ، نشرت مجموعة بحثية مختلفة ملف عصبية جزئية لذبابة الفاكهة البالغة (يفتح في علامة تبويب جديدة) التي تحتوي على 25000 خلية عصبية و 20 مليون مشابك عصبية. لكن العلماء لديهم شبكة عصبية كاملة لثلاثة كائنات أخرى فقط: الديدان الخيطية ، واليرقات بخ البحر ، والديدان البحرية اليرقية. قال مؤلف مشارك في الدراسة إن كل من هذه الشبكات العصبية يحتوي على بضع مئات من الخلايا العصبية ويفتقر إلى نصفي الكرة المخية المميز الذي شوهد في الحشرات والثدييات. جوشوا فوجلشتاين (يفتح في علامة تبويب جديدة)، مدير ومؤسس مشارك لمعمل NeuroData في جامعة جونز هوبكنز.
ساعد أكثر من 80 شخصًا في بناء الشبكة العصبية الجديدة ، مؤلف الدراسة الأول مايكل ويندينج (يفتح في علامة تبويب جديدة)، باحث مشارك في قسم علم الحيوان بجامعة كامبريدج ، أخبر Live Science في رسالة بريد إلكتروني. للقيام بذلك ، قام العلماء بتقطيع دماغ ذبابة اليرقة إلى 5000 قسم والتقطوا صورًا مجهرية لكل شريحة. قاموا بتجميع هذه الصور معًا لتشكيل حجم ثلاثي الأبعاد. ثم قام الفريق بفحص الصور وتحديد الخلايا الفردية بداخلها وتتبع أسلاكها يدويًا.
فاجأت الخريطة الناتجة العلماء بعدة طرق.
على سبيل المثال ، يميل العلماء إلى التفكير في الخلايا العصبية التي ترسل رسائل صادرة عبر أسلاك طويلة تسمى المحاور العصبية وتستقبل الرسائل من خلال أسلاك أقصر ومتفرعة تسمى التشعبات. ومع ذلك ، هناك استثناءات لهذه القاعدة ، وقد اتضح أن وصلات المحوار إلى المحوار ، والتغصنات إلى التغصنات والتغصنات إلى المحوار ، تشكل حوالي ثلث نقاط الاشتباك العصبي في دماغ الذبابة اليرقية ، كما قال ويندينج.
متعلق ب: كيف يخزن الدماغ الذكريات؟
وقال فوغلشتاين إن الشبكة العصبية كانت أيضًا “ضحلة” بشكل مفاجئ ، مما يعني أن المعلومات الحسية الواردة تمر عبر عدد قليل جدًا من الخلايا العصبية قبل أن يتم تمريرها إلى واحدة معنية بالتحكم في المحرك ، والتي يمكن أن توجه الذبابة لأداء سلوك جسدي. لتحقيق هذا المستوى من الكفاءة ، يمتلك الدماغ “اختصارات” مدمجة بين الدوائر التي تشبه إلى حد ما تلك الموجودة في أنظمة الذكاء الاصطناعي الحديثة.
قال شنايدر-ميزيل إن أحد قيود الشبكة العصبية هو أنه لا يلتقط أي الخلايا العصبية مثيرة ، مما يعني أنها تدفع الخلايا العصبية الأخرى إلى إطلاق النار ، أو تثبيطها ، مما يعني أنها تجعل الخلايا العصبية أقل احتمالا للنشاط. وقال إن هذه الديناميكيات تؤثر على كيفية تدفق المعلومات عبر الدماغ.
ومع ذلك ، فإن الشبكة العصبية تفتح الباب أمام العديد من التطورات المستقبلية ، مثل أنظمة ذكاء اصطناعي أكثر كفاءة في استخدام الطاقة وفهم أفضل لكيفية تعلم البشر ، بحسب فوغلشتاين.
وقال: “يقوم البشر بأشياء مثل اتخاذ القرارات والتعلم والتنقل في البيئة وتناول الطعام”. “وكذلك الذباب. وهناك سبب وجيه للاعتقاد بأن الآليات التي يمتلكها الذباب لتنفيذ هذه الأنواع من الوظائف المعرفية موجودة أيضًا في البشر.”
