Nopparit/Getty Images

Neuronen zijn de signaalcellen van het zenuwstelsel en zenden berichten uit die alles regelen, van beweging tot eetlust. Met ruwweg 86 miljard neuronen lijkt het synaptische web van het menselijk brein op een verwarde stapel spaghetti, bekeken in ruwe beeldvorming. Het FlyWire Consortium, bestaande uit wetenschappers en getrainde tracers van meer dan 127 instellingen, heeft deze complexiteit nu omgezet in het eerste volledige connectoom van een volledig volwassen vrouwelijk fruitvliegbrein.

Met behulp van 21 miljoen afbeeldingen met hoge resolutie paste het team AI-gestuurde en geautomatiseerde traceringstechnieken toe om de circuits te ontwarren. De resulterende 3D-atlas bevat bijna 140.000 neuronen, meer dan 50 miljoen synapsen en ongeveer 100.000 geannoteerde celtypen, allemaal vanaf 2019. Het vlaggenschipartikel werd gepubliceerd in Nature .

"Wat we hebben gedaan is een atlas van de hersenen maken en annotaties toevoegen voor alle bedrijven, gebouwen en straatnamen. Hiermee zijn onderzoekers nu uitgerust om zorgvuldig door de hersenen te navigeren, terwijl we die proberen te begrijpen." – Dr. Sven Dorkenwald, Princeton Universiteit.

Deze prestatie overtreft eerdere modellen, zoals het netwerk van 302 neuronen van een volwassen rondworm en de larvale fruitvlieg met 3000 neuronen, met verschillende ordes van grootte.

Waarom het fruitvlieg-hersenmodel menselijk neurologisch onderzoek kan ondersteunen

Christoph Burgstedt/science Photo Library/Getty Images

Hoewel een fruitvlieg misschien ver verwijderd lijkt van de menselijke neurowetenschappen, delen zijn hersenen belangrijke kenmerken:60% van ons DNA – inclusief genen die verband houden met jetlag, leren en chromosomale afwijkingen – is geconserveerd, en 75% van de menselijke genetische ziekten hebben parallellen met Drosophila. Deze gemeenschappelijkheid maakt de vlieg tot een model van onschatbare waarde voor het bestuderen van neurologische aandoeningen.

Voor veel slopende aandoeningen, zoals de ziekte van Alzheimer, Parkinson en dementie, bestaat momenteel geen genezing; De behandeling richt zich uitsluitend op het verlichten van de symptomen. Met deze uitgebreide atlas kunnen onderzoekers vaststellen hoe specifieke neuronen en circuits verschillen tussen gezonde en zieke hersenen, waardoor wegen worden geopend voor precisietherapieën. Een onderzoek uit 2019 toonde aan dat fruitvliegjes chronische pijn kunnen modelleren, wat duidt op verdere translationele mogelijkheden.

Het FlyWire Consortium heeft ook een gratis webgebaseerde Codex uitgebracht waarmee wetenschappers over de hele wereld de kaart kunnen verkennen zonder geavanceerde software of grote downloads. Begin oktober 2024 hadden zich meer dan 10.000 gebruikers geregistreerd en er zijn al nieuwe experimenten aan de gang. Er zijn educatieve hulpmiddelen voor middelbare scholieren en studenten beschikbaar gesteld om de impact van het model te vergroten.