© Shutterstock

Mennesker vs. fluer -

Sebastian Seung, professor i informatikk og nevrovitenskap ved Princeton University og en av lederne av forskningsprosjektgruppen, stilte et overbevisende spørsmål: «Hvorfor skal vi bry oss om hjernen til en fruktflue?» Svaret hans er enkelt, men likevel dyptgripende: For å forstå hvordan en hvilken som helst hjernefunksjon kan gi verdifull innsikt i hvordan alle hjerner fungerer.

© Shutterstock

Avmystifiserende fluer -

Ofte avvist som irriterende skadedyr, har fluer spilt en betydelig rolle i vår kultur gjennom historien. Fra kunst og litteratur til folklore og overtro, disse små insektene har preget fantasien og hatt dyp symbolsk betydning.

© Shutterstock

Dårlig rykte -

I gammel egyptisk kultur ble fluer assosiert med krigføring, død og ødeleggelse. «Order of the Golden Fly» var en pris gitt til modige soldater, som gjenspeiler insektets utholdenhet og pågangsmot. Fluer ble også sett på som budbringere fra underverdenen, som veiledet de dødes sjeler.

© Getty Images

De betyr noe for miljøet -

Fluer fungerer som viktige bioindikatorer, og gir verdifull innsikt i hvordan det står til med miljøet. Enkelte arter er svært følsomme for forurensning, og deres tilstedeværelse eller fravær kan avsløre tilstanden til et økosystem.

© Shutterstock

Flyr inn i et vitenskapelig gjennombrudd -

Fruktfluer har hjulpet forskere med å studere arvemekanismer, utviklingsbiologi og signalbaner i mer enn hundre år. De har også spilt en avgjørende rolle i å forstå det genetiske grunnlaget for sykdommer, inkludert kreft og nevrodegenerative lidelser.

© Shutterstock

Ny betydning -

Fra å bli utskjelt som symboler på forfall til å bli anerkjent som avgjørende bidragsytere til vitenskapelig fremgang, har fluer spilt en viktig rolle i å fremme vår forståelse av biologi, medisin og miljømessig bærekraft.

© Shutterstock

De ligner mer på oss enn vi tror -

Fruktfluer har omtrent 60 % av de samme genene som oss, noe som gjør dem til verdifulle modeller for å studere human biologi og sykdom. Likheten med mennesker, inkludert aldringsmønstre, reaksjoner på koffein og paringsadferd fremhever den potensielle innsikten som kan oppnås ved å studere fluehjernene.

© Shutterstock

Smartinger -

Selv om de er mindre enn et knappenålshode, er fruktfluehjerner utrolig komplekse organer som kan utføre sofistikerte oppgaver. Ved å studere disse nevrale kretsene har forskere fått verdifull innsikt i hvorfor fluer for eksempel er så vanskelige å slå.

© Shutterstock

Hvorfor er de så vanskelige å slå? -

Fluenes synskretser lar dem oppdage retningen til en trussel som nærmer seg med utrolig presisjon. Når de står overfor fluesmekkeren, sender synskretsene et kraftig hoppesignal til bena som vender bort fra faren, noe som gjør at de reagerer instinktivt – bokstavelig talt raskere enn tankens hastighet.

© Shutterstock

Pionerer -

Hjernens koblingsdiagrammer, kjent vitenskapelig som «connectomes», gir et faktisk kart som forskerne kan bruke til å sammenligne og utvide til andre arter. Inntil nylig hadde forskere kun «connectomes» fra en enkel orm, som har 300 koblinger, og en larve, som har 3000.

© Shutterstock

Forskerne er med -

Utviklingen av fluens hjernediagram var en monumental oppgave som krevde samarbeid fra et internasjonalt forskerteam. Den ambisiøse gruppen var som tatt rett ut av en Marvel-film, da forskerne utgjorde FlyWire Consortium.

© Shutterstock

Hvordan går du inn i en fluehjerne? -

For å lage koblingsskjemaet kuttet forskere omhyggelig en fluehjerne i 7000 deler ved å bruke en mikroskopisk teknikk som ligner å rive ost. Hver skive ble deretter fotografert og digitalt rekonstruert. Et elektronmikroskop ble brukt til å visualisere strukturer så små som fire milliondeler av en millimeter.

© Shutterstock

AI til unnsetning -

Forskerne henvendte seg deretter til kunstig intelligens for å analysere millioner av bilder og spore det intrikate nettverket av nevroner og synaptiske forbindelser i fluehjernen.

© Shutterstock

Manuelt arbeid -

Til tross for sine evner, klarte ikke kunstig intelligens å automatisere prosessen fullt ut. Forskere måtte manuelt korrigere over tre millioner feil i det genererte kartet. Denne enorme oppgaven krevde den samlede innsatsen fra et globalt team av forskere og frivillige.

© Shutterstock

Koble sammen prikkene -

Men det var fortsatt mye utestående arbeid. Uten en beskrivelse av hva hver enkelt nevrale forbindelse gjør, ville kartet vært meningsløst, dette ifølge Philipp Schlegel ved Medical Research Councils Laboratory of Molecular Biology.

© Shutterstock

Hjerne GPS -

I Schlegels overbevisende analogi tilsvarer hjernekartet en Google Maps for hjernen. Diagrammet legger ut veiene mellom nevroner, som gater og bygninger. «Men for å virkelig forstå hjernens funksjon, må vi legge til tilsvarende gatenavn, bynavn, åpningstider, telefonnumre og omtaler. Først da kan vi navigere i dette komplekse landskapet og trekke ut meningsfull informasjon», forklarer Schlegel.

© Shutterstock

Dypdykking -

Ved å analysere hjernekartet, har forskere identifisert distinkte nevrale kretser som er ansvarlige for ulike funksjoner. For eksempel er kretsene som er involvert i bevegelse, plassert nederst av hjernen, mens de som er ansvarlige for visuell behandling, er plassert ut mot sidene.

© Shutterstock

Eureka-øyeblikk -

Visuell prosessering krever betydelig mer beregningskraft enn bevegelse, noe som resulterer i et større antall nevroner involvert i disse kretsene. Mens forskere visste at det eksisterte separate syn- og bevegelseskretser, forble forbindelsene mellom dem et mysterium til nå.

© Shutterstock

Oppdagelser -

Totalt har forskerne identifisert rundt 140 000 nevroner - 98% av dem har blitt kategorisert - og over 50 millioner synapser.

© Shutterstock

Oppdagelser -

Ved hjelp av det detaljerte hjernekartet, har forskere identifisert spesialiserte nerveceller med ulike funksjoner. «Avhør»-nevroner integrerer ulike typer informasjon, mens «kringkaster»-nevroner kan koordinere aktivitet på tvers av forskjellige nevrale kretser. I tillegg har de oppdaget en spesifikk krets som er ansvarlig for å stoppe fruktflues bevegelser.

© Getty Images

Hvorfor er hjernen vår fortsatt et mysterium? -

Vår hjerne er betydelig større og mer kompleks enn en flues, noe som utgjør en enorm utfordring for fullstendig kartlegging.

© Getty Images

Trappetrinn -

Det å ha et komplett «connectome» av en flue med sine 130 000 koblinger er en utrolig teknisk prestasjon som baner vei for å finne «connectomes» for større hjerner, som hos mus, og kanskje om noen tiår, vår egen.

© Getty Images

Tekniske problemer -

Nåværende teknologibegrensninger hindrer oss i å fange de intrikate detaljene i vårt nevrale nettverk. Hjerneskanninger kan avsløre noen aspekter av hjernens ledninger, men selv den mest avanserte teknologien gir bare et delvis glimt av det intrikate nettverket.

© Getty Images

Avkoding av menneskehjernen -

Så hvis vi har en million ganger så mange hjerneceller, eller nevroner, enn fruktflua som ble studert, hvordan kan koblingsskjemaet til en insekthjerne faktisk hjelpe forskerne å lære hvordan vi tenker?

© Shutterstock

Fremtidige studier -

Schlegel spår at dette nye hjernekartet vil innlede en bølge av oppdagelser innen nevrovitenskap i løpet av de neste årene. Ved å studere fruktfluens hjernekart, tar forskerne sikte på å få en dypere forståelse av hvordan en sunn hjerne fungerer.

© Shutterstock

Kuren for psykiatriske lidelser? -

Ved å kartlegge de nevrale forbindelsene i spesifikke områder av menneskehjernen, håper forskerne å kaste lys over de underliggende årsakene til nevropsykiatriske og andre hjernesykdommer. Som John Ngai, direktør for National Institutes of Healths Brain Initiative, understreker: «Vi kan ikke fikse det vi ikke forstår. Dette er grunnen til at det er så viktig å forstå hjernens koblinger.»

© Shutterstock

Det vil ta tid -

Kartlegging av hele menneskehjernen, med sine 86 milliarder nevroner og billioner av forbindelser, er en formidabel oppgave. Siden hjernen vår er omtrent en million ganger mer kompleks enn hjernen til en fruktflue, vil det å fullføre et koblingsdiagram kreve en svimlende mengde data—tilsvarende all verdens internett-trafikk i løpet av et år.

Kilder: (FlyWire) (Nature) (BBC) (The Guardian) (Harvard Medical School) (Medium)

© Shutterstock