پژوهشگران نقشهٔ کامل کانکتوم مگس میوهٔ نر را منتشر کردهاند. این نقشه بیش از 166000 نورون و میلیونها اتصال سیناپسی را دربرمیگیرد و اجازه میدهد ساختارهای عصبی و مدارهای رفتاری را در مقیاسی بیسابقه مقایسه و تحلیل کرد؛ از جمله امکان مقایسهٔ مستقیم با نقشهٔ مغز مگس ماده که در سال 2024 منتشر شد (حدود 140000 نورون).
چه چیزی نقشه شده و اهمیت آن
مغز مگس میوه، هرچند بسیار کوچک، حاوی شبکهای پیچیده از نورونهاست. تیمهای تحقیقاتی با تصویربرداری الکترونی با وضوح بالا و پایپلاینهای محاسباتی، تمام نورونهای مغز بالغ مگس نر بههمراه طناب عصبی معادل نخاع را بازسازی کردهاند؛ مجموعهای که در مجموع بیش از 166000 نورون را پوشش میدهد. این دادهٔ کامل، مطالعهٔ تفاوتهای جنسی در مدارهای عصبی و نقش مدارهای خاص در رفتار را ممکن میسازد.
برای آشنایی با مفهوم کانکتوم به صفحهٔ ویکیپدیا دربارهٔ کانکتوم و برای اطلاعات پایهای دربارهٔ مگس میوه به Drosophila melanogaster در ویکیپدیا مراجعه کنید.
روششناسی: ثبت و بازسازی نورونها
نقشهبرداری این شبکهٔ عظیم بر پایهٔ ترکیبی از تصویربرداری الکترونی توموگرافی، الگوریتمهای بازسازی سهبعدی و اعتبارسنجی دستی است. پروژه با مشارکت چندین گروه بینالمللی از جمله پردیس پژوهشی جانیلیا (Janelia) و بنیاد شامپالیماود (Champalimaud Foundation) اجرا شد و نتایج در مجلات معتبر منتشر گردیده است.
تصاویر و بازسازی بصری
بازسازی سهبعدی و طبقهبندی انواع نورونها، امکان دنبال کردن مدارهای مرتبط با حسها و کنترل حرکت را فراهم میکند.
یافتههای اصلی: سه مطالعهٔ کاربردی
همزمان با انتشار نقشه، سه مقالهٔ پژوهشی نتایج کاربردی آن را نشان دادند که روی حوزههای چشایی، بینایی و تفاوتهای جنسی تمرکز دارد:
- مدارهای چشایی: تیمی به رهبری کارلوس ریبیرو مدارهای مرتبط با دریافت و پردازش چشایی را نگاشت. مگسها گیرندههای چشایی در پاها، بالها و قطعات دهانی دارند؛ پژوهش نشان میدهد چگونه سیگنالهای چشایی به مدارهای بلع و حرکت متصل میشوند تا تصمیمات خوردن یا دوری شکل بگیرد.
- پردازش بینایی: پردازش بینایی در سطح وسیعی از مغز توزیع شده و بیش از نیمی از انواع نورونهای شناختهشده را درگیر میکند. این نتیجه نشان میدهد پردازش تصویری فراتر از ساختارهای ابتدایی چشم انجام میشود و در مدارهای مرکب مغز جای میگیرد.
- تفاوتهای جنسی در مدارها: شبکهای از نورونها شناسایی شد که بهنظر اختصاصی برای مغز نر هستند و با رفتارهای جفتگیری و برخی الگوهای خشونتورزی مرتبطاند. در مقابل، بخش عمدهٔ مدارهای حسی و حرکتی بین دو جنس مشترک است و تفاوتها معمولاً با تعدادی سوئیچِ مسیر سیگنال ایجاد میشود.
پیامدها برای نوروساینس و مهندسی
این مجموعهٔ داده ابزار جدیدی برای مطالعهٔ پایههای عصبی رفتار فراهم میکند و میتواند الهامبخش طراحی سامانههای مصنوعی کممصرف و کارا باشد. تجربهٔ فنی و الگوریتمیکِ پروژه راهنمای اجرای پروژههای کانکتومیکس بزرگتر در مهرهداران مانند موش و در نهایت انسان خواهد بود.
گامهای بعدی پژوهشی
گروهها در کوتاهمدت برنامه دارند نقشهٔ مغز لارو ماهی زبرا (Danio rerio) و گونههای مهرهدار سادهتر را تهیه کنند تا سازماندهی مدارها در مهرهداران بررسی شود. در چشمانداز بلندمدت، هدف بهکارگیری این بینشها برای فهم پایههای عصبی اختلالات عصبی-روانی و بهبود مدلهای محاسباتی رفتار است.
نقشهٔ 166000 نورونی کانکتوم مگس نر هماکنون امکان طراحی آزمایشهای هدفمند روی نورونهای واسط، توسعهٔ مدلهای محاسباتی کارآمد و بررسی شیوههای تغییر مسیر سیگنال توسط سوئیچهای جنسی را فراهم میآورد. ادامهٔ پژوهشها احتمالاً به درک بهترِ نقش این سوئیچها در شکلدادن رفتارها و به کاربردهای عملی در پزشکی و مهندسی منجر خواهد شد.
برای مطالعهٔ جزئیات فنی و دسترسی به مقالات میتوانید به صفحات مجلات Cell و Current Biology مراجعه کنید.
