Peta lengkap pertama dari setiap neuron di otak telah terungkap

Bayangkan menatap peta seluruh kota yang rumit dan indah, namun kota itu sebenarnya adalah otak. Kedengarannya bagus, bukan? Nah, para ilmuwan kini telah mewujudkannya.

Para ahli telah menciptakan diagram pengkabelan pertama, atau 'jaringan saraf', dari setiap neuron di otak orang dewasa serta 50 juta koneksi di antara mereka, menandai tonggak sejarah dalam bidang ilmu saraf.

Diagram pengkabelan otak lengkap

Proyek ini terwujud berkat Konsorsium FlyWire, sebuah kolaborasi internasional besar yang melibatkan ilmuwan dari seluruh dunia Laboratorium Biologi Molekuler MRC Di Cambridge, Universitas Princeton, Universitas Vermont, dan Universitas Princeton Universitas Cambridge.

Penelitian yang dipublikasikan dalam sepasang makalah di jurnal alamMemberikan diagram konektivitas lengkap pertama dari 139.255 neuron di otak lalat dewasa – hewan yang mampu berjalan dan melihat.

Penelitian sebelumnya telah memetakan sistem otak yang lebih kecil, seperti larva lalat buah yang memiliki 3.016 neuron, atau cacing nematoda yang memiliki 302 neuron.

Namun, penelitian saat ini membuat terobosan baru dengan menyediakan peta saraf skala penuh dari organisme yang lebih kompleks.

Otak manusia versus otak lalat

Memetakan setiap neuron di otak lalat buah dewasa adalah langkah penting dalam memahami cara kerja otak, termasuk otak kita.

Lalat buah memiliki sekitar 140.000 neuron, jumlah yang kecil dibandingkan dengan 86 miliar neuron di otak manusia, sehingga lebih mudah untuk dipelajari.

Para ilmuwan dapat dengan cepat membiakkan dan memodifikasi lalat buah, memungkinkan mereka memanipulasi genetika dan melihat bagaimana perubahan memengaruhi sirkuit saraf dan perilaku.

Kesederhanaan ini membantu peneliti menemukan prinsip dasar fungsi otak tanpa terjebak dalam terlalu banyak kerumitan.

Peta otak memberikan wawasan tentang otak manusia

Menariknya, banyak proses biologis pada lalat buah yang sangat mirip dengan manusia. Gen dan jalur yang mengontrol perkembangan otak, koneksi neuron, dan pembelajaran sering kali dilestarikan di seluruh spesies.

Dengan memetakan otak lalat buah, para ilmuwan dapat mempelajari bagaimana proses ini bekerja dalam sistem yang lebih sederhana dan kemudian menerapkan wawasan tersebut ke otak yang lebih kompleks.

Selain itu, memahami bagaimana neuron pada lalat berkomunikasi mengungkapkan pola umum organisasi dan perilaku sirkuit saraf, yang dapat membantu kita memahami perilaku manusia dan juga fungsi kognitifnya.

Terakhir, alat dan teknik yang dikembangkan untuk memetakan otak Drosophila telah membuka jalan bagi terobosan dalam penelitian ilmu saraf. Inovasi dalam pencitraan, manipulasi genetik, dan analisis data dari penelitian Drosophila dapat diadaptasi untuk mempelajari otak yang lebih kompleks, termasuk otak kita.

Wawasan dari lalat buah juga dapat membantu memodelkan penyakit neurologis dan gangguan perkembangan, yang mengarah pada pengobatan potensial bagi manusia.

Penelitian yang sedang berlangsung di bidang ilmu saraf

Temuan ini memberikan wawasan berharga mengenai struktur dan fungsi otak, memberikan perbandingan penting dengan penelitian yang sedang berlangsung di bidang ilmu saraf.

“Jika kita ingin memahami cara kerja otak, kita memerlukan pemahaman mekanistik tentang bagaimana semua neuron bersatu dan memungkinkan Anda berpikir.

Peta rinci otak lalat dapat menjawab banyak pertanyaan ini, dan mengungkap kompleksitas sirkuit saraf.

Kesamaan dalam kabel otak

Salah satu temuan paling menonjol dari studi ini adalah adanya kesamaan yang kuat dalam hubungan yang ditemukan antara peta yang ada saat ini dan upaya-upaya sebelumnya yang berskala lebih kecil.

Hal ini membawa kita pada kesimpulan bahwa setiap otak mempunyai kesamaan yang melekat dalam susunannya, bertentangan dengan keyakinan bahwa setiap otak adalah struktur yang unik.

Sebuah perjalanan pemetaan otak

Jalan menuju prestasi ini melibatkan pemotongan seluruh otak lalat, yang lebarnya kurang dari satu milimeter, menjadi 7.000 irisan tipis.

Irisan ini kemudian diperiksa secara cermat menggunakan mikroskop elektron resolusi tinggi untuk mengekstraksi bentuk sekitar 140.000 neuron dan 50 juta koneksi di antara mereka.

Kekuatan kecerdasan buatan

Tugas menganalisis data dalam jumlah besar ini dapat dilakukan dengan menggunakan pembelajaran mesin, yang menunjukkan potensi teknologi AI untuk merevolusi ilmu saraf.

Memastikan keakuratan data memerlukan sekitar 33 tahun pekerjaan proofreading. Terlepas dari tantangan yang ada, hasil dari upaya keras ini telah membuka jalan bagi penemuan ilmu saraf di masa depan.

Selain membangun koneksi saraf, para peneliti juga memperhitungkan banyak detail diagram pengkabelan, seperti klasifikasi lebih dari 8.000 jenis sel di otak.

“Kumpulan data ini mirip dengan Google Maps, tetapi untuk otak: diagram konektivitas awal antar neuron seperti mengetahui struktur mana pada citra satelit Bumi yang sesuai dengan jalan dan bangunan mana,” jelas Dr. Philipp Schlegel, penulis pertama salah satu dari studi. studi.

Mensimulasikan fungsi otak

Pekerjaan para peneliti lebih dari sekedar pemetaan. Mereka juga menggunakan teknologi pemindaian gambar AI untuk memprediksi apakah setiap sinapsis bersifat penghambatan atau rangsangan, sebuah aspek penting dalam simulasi otak secara digital.

“Dengan menggunakan data kami, yang dibagikan secara online saat kami bekerja, ilmuwan lain telah mulai mencoba meniru cara otak lalat merespons dunia luar,” kata Dr Jeffress.

“Ini merupakan awal yang penting, namun kita perlu mengumpulkan berbagai jenis data untuk menghasilkan simulasi yang dapat diandalkan tentang cara kerja otak.”

Arah penelitian di masa depan

Penelitian ini tidak diragukan lagi telah merevolusi pemahaman kita tentang otak, namun perjalanannya masih jauh dari selesai. Seiring berjalannya waktu, penelitian di masa depan akan mengeksplorasi perbedaan arsitektur saraf antara otak lalat jantan dan betina.

“Kelengkapan diagram pengkabelan kami memiliki manfaat besar untuk penelitian otak dan memungkinkan banyak jenis penelitian yang sebelumnya tidak mungkin dilakukan dengan menggunakan diagram pengkabelan bagian otak lalat,” kata para peneliti.

Studi ini dipublikasikan di jurnal alam.

—–

Suka dengan apa yang saya baca? Berlangganan buletin kami untuk mendapatkan artikel menarik, konten eksklusif, dan pembaruan terkini.

Kunjungi kami di EarthSnap, aplikasi gratis yang dipersembahkan oleh Eric Ralls dan Earth.com.

—–