Otak kecil, masalah besar: Cetak biru Drosophila dapat mengubah ilmu saraf neurologi

Para peneliti telah menghasilkan diagram pengkabelan pertama dari seluruh otak lalat buah, sebuah terobosan yang menjanjikan untuk merevolusi bidang ilmu saraf dan membuka jalan bagi wawasan yang belum pernah ada sebelumnya tentang bagaimana otak menghasilkan perilaku.

Jarang ada begitu banyak upaya di bidang sains yang diarahkan pada materi yang begitu sedikit, dan para ilmuwan membutuhkan waktu bertahun-tahun untuk memetakan liku-liku dari 139.255 neuron dan koneksi sepanjang 50 meter yang dikemas dalam otak lalat yang seukuran biji poppy.

Dalam prosesnya, para peneliti mengklasifikasikan lebih dari 8.400 jenis sel berbeda, yang mewakili daftar lengkap pertama bagian-bagian yang diperlukan untuk membangun otak lalat.

“Anda mungkin bertanya-tanya mengapa kita harus peduli dengan otak lalat buah,” kata Sebastian Seung, profesor ilmu komputer dan ilmu saraf di Universitas Princeton dan salah satu pemimpin tim peneliti. Proyek Flywire. “Jawaban sederhana saya adalah jika kita benar-benar dapat memahami cara kerja otak mana pun, hal itu pasti akan memberi tahu kita sesuatu tentang semua otak.”

Jalinan neuron yang kompleks, yang jika diurai akan mencapai panjang 150 meter, dipetakan melalui proses melelahkan yang dimulai dengan mengiris otak lalat buah betina menjadi 7.000 irisan tipis. Setiap bagian dicitrakan dengan mikroskop elektron untuk mengungkap struktur sekecil empat persejuta milimeter.

Para peneliti kemudian beralih ke kecerdasan buatan (AI) untuk menganalisis jutaan gambar dan melacak jalur setiap koneksi saraf dan sinaptik di seluruh organ kecil tersebut. Karena AI membuat begitu banyak kesalahan, pasukan ilmuwan dan sukarelawan global direkrut untuk membantu memperbaiki kesalahan dan menyelesaikan peta.

Pekerjaan itu telah membuahkan hasil. Berbekal cetak biru tersebut, para peneliti menemukan neuron “aferen” yang tampaknya mengumpulkan berbagai jenis informasi, dan “jangkar” yang dapat mengirimkan sinyal untuk mengoordinasikan aktivitas di berbagai sirkuit saraf. Sirkuit saraf tertentu juga telah diamati, yang bila dirangsang, menyebabkan lalat buah berhenti di jalurnya saat berjalan.

Untuk mempersiapkan apa yang akan terjadi, para peneliti menggunakan diagram pengkabelan, yang dikenal sebagai jaringan saraf, untuk membangun simulasi komputer pada bagian otak lalat. Eksperimen simulasi mengarahkan mereka untuk mengidentifikasi sirkuit saraf yang digunakan untuk memproses rasa, menunjukkan bahwa simulasi di masa depan dapat memberikan lebih banyak pencerahan tentang bagaimana jaringan otak mengarah pada perilaku hewan.

“Teknologi komunikasi adalah awal dari transformasi digital ilmu saraf,” kata Seong. “Transformasi ini akan meluas ke simulasi otak.” “Ini akan menjadi percepatan pesat dalam cara kita melakukan ilmu saraf.”

Rincian proyek, yang melibatkan peneliti dari Kanada, Jerman, Laboratorium Biologi Molekuler MRC dan Universitas Cambridge di Inggris, telah dipublikasikan secara online. Sembilan daun di alam. Dalam artikel pendampingnya, Dr. Anita Devineni, ahli saraf di Universitas Emory di Atlanta, menyebut diagram pengkabelan sebagai “pencapaian penting”.

Pekerjaan telah dimulai untuk menghasilkan diagram pengkabelan lengkap dari otak tikus, yang diharapkan para peneliti dapat diselesaikan dalam waktu lima hingga sepuluh tahun. Namun mereplikasi prestasi ini pada seluruh otak manusia, dengan 86 miliar neuron dan triliunan koneksi, adalah pertanyaan lain. Otak manusia kira-kira satu juta kali lebih kompleks daripada otak lalat buah, sehingga diagram pengkabelan yang lengkap berada di luar jangkauan praktis teknologi masa kini. Hal ini juga memerlukan memori yang sangat besar: Para ilmuwan memperkirakan jumlah data yang dibutuhkan sebesar satu zettabyte, setara dengan seluruh lalu lintas Internet di dunia selama setahun.

Pendekatan yang lebih realistis adalah dengan memetakan koneksi saraf di bagian otak manusia, penelitian yang pada akhirnya dapat menjelaskan apakah miskoneksi mendasari neuropsikiatri dan gangguan otak lainnya. “Kami tidak bisa memperbaiki apa yang tidak kami pahami, dan itulah mengapa kami percaya ini adalah momen penting saat ini,” kata Dr. John Ngai, direktur Inisiatif Otak Institut Kesehatan Nasional AS.

“Jelas kami mempunyai tugas besar di depan kami.”