Vědci zmapovali všechny nervové spojení v mozku octomilky a objevili překvapení
Vědci zmapovali všechny | Zdraví
Foto: Tyler Sloan
Úvod
Vědci dokončili první úplnou mapu propojení mozku a těla octomilky, což odhaluje, že chování může být více řízeno místní spoluprací neuronů než centrálním mozkovým velením.
Autor původního článku: redakce
Širší souvislosti
Výzkum propojení neuronů v mozku a těle octomilky přináší nový pohled na to, jak složité chování vzniká. Tento objev může mít dalekosáhlé důsledky pro pochopení inteligence a pohybu nejen u hmyzu, ale i u vyšších organismů, včetně lidí. Přestože se jedná o malého tvora, octomilka se stává klíčovým modelem pro studium nervových systémů. Vědci doufají, že podobné principy mohou platit i pro složitější organismy, což by mohlo mít významný dopad na vývoj umělé inteligence a neurovědy.
Mapování neuronových spojení
Velký mezinárodní výzkumný tým vedený skupinami z Harvard Medical School a Princeton University dosáhl významného milníku v neurovědě tím, že publikoval kompletní mapu všech spojení mezi neurony v centrálním nervovém systému dospělé octomilky. Tento úspěch poskytuje vědcům nový způsob, jak zkoumat, jak mozek a tělo spolupracují na produkci složitých akcí, včetně chůze a letu. Také otevírá dveře k širším studiím základních pravidel, která řídí nervové systémy.
„Poprvé můžeme vidět všechny neurony a jejich spojení jako kompletní jednotku a ptát se: ‚Co se z toho můžeme naučit?’“ řekla Rachel Wilson, spoluautorka studie a profesorka neurobiologie na Harvard Medical School.
První kompletní mapa propojení mozku a těla octomilky
Nová mapa neuronových spojení, známá jako konektom, rozšiřuje dříve publikovaný konektom mozku octomilky přidáním ekvivalentu míchy, nazývaného nervová šňůra. „Je opravdu důležité mít co nejkompletnější konektom centrálního nervového systému, abychom mohli propojit mozek a tělo a začít uvažovat o chování holisticky,“ řekl Wei-Chung Allen Lee, spoluautor studie a profesor neurobiologie na Harvard Medical School.
Když tým studoval konektom, zjistil, že mnoho chování octomilek se zdá být řízeno místními neuronovými okruhy v příslušných částech těla, spíše než jednou centrální velitelskou oblastí v mozku. Kompletní konektom je nyní volně dostupný online, což poskytuje vědcům po celém světě mocný nový zdroj pro studium neurovědy.
Proč jsou octomilky důležité v neurovědě
Jednou z hlavních nezodpovězených otázek neurovědy je, jak neurony v mozku a těle spojují a koordinují se k vytváření chování. Octomilka Drosophila melanogaster je cenným modelem pro zkoumání tohoto problému. Octomilky jsou jednoduché na chov a udržování v laboratoři. I když jejich nervový systém obsahuje pouze asi 160 000 neuronů, stále dokážou provádět složité chování, jako je navigace, sociální interakce, učení a reakce na smyslové signály.
V roce 2024 FlyWire Consortium, vedené Malou Murthy a Sebastianem Seungem z Princetonu, kteří jsou také spoluautory nové studie, publikovalo kompletní konektom mozku octomilky. Současně Lee a jeho kolegové vytvářeli konektom nervové šňůry octomilky, která řídí nohy, křídla a další přívěsky a zároveň zpracovává smyslové informace.
„Mozkové a nervové šňůry konektomy jsou každý užitečný sám o sobě, ale dokud je nemůžete propojit, je těžké pochopit, jak se informace pohybuje mezi mozkem a tělem,“ řekla Helen Yang, spoluautorka studie a výzkumná pracovnice v neurobiologii v laboratoři Wilson.
Překvapení ohledně řízení pohybu
Výzkumníci již použili konektom ke studiu motorické kontroly, zejména jak se octomilka pohybuje svými nohami a dalšími částmi těla. Dlouhodobá myšlenka v neurovědě tvrdí, že mozek funguje jako centralizovaný řídící orgán, který rozhoduje, jaké akce zvíře provede. Konektom octomilky však ukázal jinou odpověď. Tým zjistil, že motorická kontrola u octomilek probíhá převážně lokálně. Například pohyb jedné nohy je řízen hlavně neuronovými okruhy pro tuto nohu. Tyto okruhy pak komunikují s okruhy pro další nohy, aby vytvořily koordinované akce, jako je chůze.
Stejný vzor se objevil v okruzích spojených s křídly, ústy a dalšími částmi těla octomilky. Výzkumníci také zjistili, že motorické okruhy se spojují s jinými typy okruhů, včetně těch ve vizuálním a endokrinním systému, které poskytují další informace, jež pomáhají formovat chování.
Co přinese budoucnost výzkumu konektomu
Výzkumníci říkají, že konektom může podpořit mnoho budoucích linií výzkumu. Yang přirovnává to k Projektu lidského genomu, dalšímu rozsáhlému otevřenému zdroji, který byl využit mnoha různými způsoby. Brzy tým plánuje přidat do konektomu více informací, včetně detailů o neuropeptidech, malých, proteinům podobných molekulách, které neurony používají ke komunikaci.
Konektom může také odhalit základní principy, které platí pro nervové systémy napříč druhy, včetně lidí. Bates řekl, že mnoho objevů z neurovědy octomilek bylo přeneseno z bezobratlých na savce, včetně zjištění souvisejících s navigací, čichem a pamětí.
Dalším cílem je „přinést mapování plného konektomu do mnohem složitějších organismů,“ řekl Matsliah. Poznamenal, že pokrok v AI, výpočetní technice a otevřené kolaborativní vědě činí tento druh výzkumu stále více možným. Hlavní otázkou nyní je, zda je distribuovaná neuronová kontrola pozorovaná u octomilek také nalezena u jiných zvířat. Lee v současnosti zkoumá tuto možnost u myší.
„Byl bych šokován, kdyby to bylo unikátní pro octomilky,“ řekla Yang. „Nemáme tuto úroveň rozlišení u jiných zvířat, ale víme, že mají mnoho těchto místních okruhů.“
Lekce pro umělou inteligenci
Práce by mohla mít také důsledky pro umělou inteligenci. Konektom nabízí reálná biologická data, která mohou pomoci vést návrh umělých agentů, kteří se pohybují virtuálními světy, systémy, které jsou stále více využívány ke studiu inteligence a zlepšování tréninku AI.
„Jedna věc, která mě vždy ohromuje, je, že tato malá octomilka dělá spoustu věcí; dokonce i naši nejlepší AI agenti a roboti nemohou dělat vše, co dělá octomilka,“ řekla Yang. „Možná jsou zde lekce pro AI v tom, jak je nervový systém organizován.“
Mohlo by vás zajímat
- Vědci tvrdí, že většina lidí potřebuje více bílkovin, než naznačují současné směrnice
- Vědci objevili skryté „stopy smrti“, které mohou pomoci šíření virů
- Proč jsou prarodiče důležitější než kdy jindy pro duševní zdraví dětí
Původní článek: Scientists mapped every neural connection in a fruit fly and found a surprise
Nejčastější dotazy
Jaké jsou hlavní poznatky z mapování mozku octomilky?
Hlavním poznatkem je, že chování octomilky může být více ovlivněno místní spoluprací neuronů než centrálním řízením mozku. Tento objev naznačuje, že i jednoduché organismy mají složité mechanismy řízení chování.
Jaký význam má výzkum mozku octomilky pro lidi?
Výzkum mozku octomilky může přinést nové poznatky o tom, jak fungují nervové systémy u složitějších organismů, včetně lidí. Může také ovlivnit vývoj umělé inteligence a neurovědy, protože ukazuje, jak jsou neuronové sítě propojené.
Proč je octomilka důležitým modelem pro studium nervových systémů?
Octomilka je důležitým modelem, protože její nervový systém je relativně jednoduchý a snadno zkoumatelný. Díky tomu vědci mohou lépe porozumět základním principům fungování neuronových spojení, které mohou být aplikovatelné i na složitější organismy.
