اول خريطه كاملة لدماغ حشرة
مصر:ايهاب محمد زايد
إن أول خريطة كاملة على الإطلاق لدماغ حشرة ساحرة حقًا
إعادة بناء الخلايا العصبية والمشابك العصبية لدماغ يرقات ذبابة الفاكهة.
بعد 12 عامًا من العمل ، أكمل فريق ضخم من الباحثين من المملكة المتحدة والولايات المتحدة وألمانيا أكبر خريطة دماغية وأكثرها تعقيدًا حتى الآن ، تصف كل اتصال عصبي في دماغ يرقات ذبابة الفاكهة.
على الرغم من أنه لا يقترب في أي مكان من حجم وتعقيد الدماغ البشري ، إلا أنه لا يزال يغطي 548000 اتصال محترم بين ما مجموعه 3016 خلية عصبية.
تحدد الخرائط الأنواع المختلفة من الخلايا العصبية ومساراتها ، بما في ذلك التفاعلات بين جانبي الدماغ ، وبين الدماغ والحبل العصبي البطني. هذا يجعل العلماء أقرب إلى فهم كيف تؤدي حركات الإشارات من الخلايا العصبية إلى الخلايا العصبية إلى السلوك والتعلم.
يقول جوشوا ت. فوغلشتاين ، مهندس الطب الحيوي بجامعة جونز هوبكنز: “إذا أردنا أن نفهم من نحن وكيف نفكر ، فإن جزءًا من ذلك هو فهم آلية التفكير”.
“والمفتاح في ذلك هو معرفة كيفية اتصال الخلايا العصبية مع بعضها البعض.”
إنشاء هذه الخريطة الرائعة متعددة الوظائف ، والتي تسمى الشبكة العصبية ، قام الباحثون بمسح آلاف الشرائح من دماغ ذبابة الفاكهة باستخدام مجهر إلكتروني عالي الدقة. ثم قاموا بتجميع الصور معًا وإضافتها إلى البيانات التي جمعوها بالفعل ، ووضع علامات دقيقة على كل اتصال بين الخلايا العصبية.
يتضمن ذلك كلا من الخلايا التي تتحدث مع بعضها البعض داخل كل نصف من الدماغ وكذلك تلك التي تتواصل بين نصفي الكرة الأرضية ، مما يجعل من الممكن دراسة التفاعلات عبر الدماغ بعمق.
تتمتع نصفي الكرة المخية بوظائف فريدة ومهمة ، ولكن كيفية دمج واستخدام المعلومات من كل جانب للسلوك المعقد والإدراك ليست مفهومة جيدًا.
تشرح عالمة الأعصاب مارتا زلاتيك من جامعة كامبريدج: “تؤثر طريقة هيكلة دائرة الدماغ على العمليات الحسابية التي يمكن للدماغ القيام بها”.
“ولكن ، حتى هذه النقطة ، لم نر بنية أي دماغ باستثناء الدودة المستديرة Caenorhabditis elegans ، وشرغوف فرخ الحبلي المنخفض ، ويرقة دماغ حلقي بحري ، وكلها تحتوي على عدة مئات من الخلايا العصبية.
في الآونة الأخيرة ، حقق العلماء تقدمًا كبيرًا في رسم خرائط الدماغ البشري ، وتتبع النشاط العصبي في الفئران ، لكن التركيز كان على مناطق محددة ولا تزال التكنولوجيا الحالية غير متقدمة بما يكفي لإكمال شبكة عصبية للحيوانات الأكبر مثل البشر.
ومع ذلك ، تشرح زلاتيك ، “جميع الأدمغة متشابهة – إنها جميعًا شبكات من الخلايا العصبية المترابطة – ويجب على جميع العقول من جميع الأنواع أداء العديد من السلوكيات المعقدة: إنهم جميعًا بحاجة إلى معالجة المعلومات الحسية ، والتعلم ، واختيار الإجراءات ، والتنقل في بيئاتهم ، والاختيار الغذاء ، والتعرف على خصائصهم ، والهروب من الحيوانات المفترسة وما إلى ذلك ”
ذبابة الفاكهة (Drosophila melanogaster) هي نموذج بحث علمي شائع بسبب ميزاتها سهلة الدراسة ، و أدمغتها المعقدة ولكن المدمجة ، ولأنها تشترك في العديد من أوجه التشابه البيولوجي معنا نحن البشر.
والجدير بالذكر أن الهياكل المتصلة التي لاحظها الباحثون مصممة على أنها أكثر تكرارا بين الخلايا العصبية الداخلة والخارجة في جزء الدماغ الذي يسمح لنا بتعلم وتذكر ما تعلمناه.
وجدوا أيضًا أن بعض الميزات المحددة تعمل بطريقة مشابهة لبعض شبكات الكمبيوتر للتعلم الآلي.
يقول فوغلشتاين: “ما تعلمناه عن الكود الخاص بذباب الفاكهة سيكون له آثار على الكود بالنسبة للبشر. هذا ما نريد أن نفهمه – كيف نكتب برنامجًا يؤدي إلى شبكة دماغ بشري.”
يقترح الفريق أن الخطوة التالية ستكون معرفة المزيد عن البنية العصبية المشاركة في وظائف سلوكية معينة ، مثل التعلم واتخاذ القرار ، و إلقاء نظرة على نشاط الشبكة العصبية بأكملها أثناء مشاركة الحشرة في النشاط.
كان الجهد الأول لرسم خريطة للدماغ هو دراسة استمرت 14 عامًا عن C. elegans في السبعينيات. لقد أسفرت عن خريطة غير مكتملة لدماغ الدودة المستديرة وحصلت في النهاية على جائزة نوبل للعلماء.
يقول فوغلشتاين: “لقد مرت 50 عامًا وهذا أول شبكة عصبية دماغية.
“كل شيء يعمل حتى هذا الحد.”
تم نشر البحث في مجلة Science
