Wyprawa w głąb mózgu
Naukowcy zatrudnieni w firmie Google oraz ośrodku badawczym Janelia Research Campus w stanie Wirginia opracowali trójwymiarową mapę połączeń mózgowych muszki owocowej. Obraz (tzw. konektom) odwzorowuje około 20 milionów połączeń między 25 tysiącami neuronów. Odpowiada to mniej więcej jednej czwartej mózgu owada. Na razie jedynym organizmem, dla którego udało się opracować pełną mapę połączeń, jest nicień Caenorhabditis elegans.
Technika obrazowanie połączeń między neuronami (zwana konektomiką) budzi mieszane uczucia naukowców. Jej zwolennicy twierdzą, że pomaga powiązać fizyczne części mózgu z określonymi zachowaniami. Krytycy utrzymują natomiast, że konektomika nie doprowadziła jeszcze do żadnego przełomu w dziedzinie badań mózgu, a nakłady pracy związane z mapowaniem neuronów i połączeń między nimi lepiej byłoby spożytkować w innych dziedzinach.
Trójwymiarowa mapa powstała w wyniku zastosowania zarówno metod zautomatyzowanych, jak i pracy ludzkiej. Mózg muszki owocowej ma rozmiary ziarenka maku. Pierwszym etapem pracy było pocięcie go na fragmenty o grubości 20 mikronów (odpowiada to jednej trzeciej grubości ludzkiego włosa). Następnie przystąpiono do obrazowania otrzymanych w ten sposób preparatów. Wykorzystano przy tym skaningowy mikroskop elektronowy, który dostarczył informacje opisujące około 50 bilionów wokseli („pikseli 3D"). Należało jeszcze połączyć je w jeden obraz.
Naukowcy zastosowali specjalny algorytm, który pozwolił automatycznie śledzić połączenia między neuronami. Mimo sprawności oprogramowania nie obeszło się jednak bez dużego nakładu pracy ludzkiej. Członkowie zespołu FlyEM działającego w ośrodku Janelia Research poświęcili dwa lata i setki tysięcy roboczogodzin na wprowadzenie poprawek do trójwymiarowej mapy. Posługiwali się przy tym zestawami rzeczywistości wirtualnej i niestandardowym oprogramowaniem do edycji obrazów 3D.
Zbudowana w ten sposób mapa przedstawia tylko część mózgu owada; cały zawiera ok. 100 000 neuronów (w ludzkim mózgu znajduje się ich 86 miliardów). Muszki owocowe są częstym obiektem zainteresowań biologów – pomimo prostej budowy mózgu wykazują złożone zachowania, takie jak tańce godowe.
fot. Google/Janelia Research Campus
