Mały mózg – duże wyzwanie

Przyjęło się sądzić, że ludzki mózg jest najbardziej złożoną ze znanych nam struktur. Nie sposób lekceważyć czegoś, co jest zbudowane z 86 mld komórek, które ze sobą współpracują. Jak to działa? Nie wiemy. Być może w rozwiązaniu tej zagadki pomogą nam muszki owocówki.

Reklama

Tak, te małe owady, które pojawiają się nie wiadomo skąd, gdy tylko zostawimy gdzieś np. nadpsuty owoc. Muszki owocówki też mają mózg, ale składa się on nie z miliardów komórek nerwowych, ale „zaledwie” ze 100 tysięcy. Do zrozumienia, jak on funkcjonuje, naukowcy postanowili zatrudnić sztuczną inteligencję. W Howard Hughes Medical Institute’s Janelia Research Campus w Ashburn (Virginia, USA) napisano program komputerowy „obdarzony” inteligencją. Dzięki niemu udało się stworzyć chyba najciekawszą z dotychczasowych biologicznych map.

Wszędzie mapy

Biologia posługuje się różnymi mapami. Dzięki nim możemy na przykład pokazać, gdzie konkretnie przebywają w nas mikroorganizmy różnych gatunków lub jakie reakcje biochemiczne mają miejsce w tkankach. Dzięki mapom genetycznym widzimy, które geny są aktywne w pojedynczych komórkach. Jednak mapa pokazująca, jakie obwody nerwowe są zaangażowane w konkretne zachowania, to całkowite novum. Aby się udało, obrano najlepszy z możliwych modeli – muszkę owocową Drosophila melanogaster. Maleńka, półprzejrzysta – zatem pozwalająca na łatwe obserwowanie wnętrza, łatwo manipulowalna genetycznie, tania w utrzymaniu i niewzbudzająca problemów natury etycznej podczas eksperymentu.

Czym innym jest dla muszki podejść czy podlecieć w jakimś ustalonym kierunku, chociażby do pokarmu, a czym innym odbyć roztańczony rytuał godowy. Niektóre zachowania trwają kilka sekund, inne nawet do kilku minut. Niektóre są powtarzalne i częste, inne jednostkowe; jedne są wrodzone, inne wyuczone. Mózg uczestniczy w nich i koordynuje je wszystkie. Nie jest jasne, które neurony budujące mózg uczestniczą w konkretnych zachowaniach. Wiedza ta zaś, dziś eksperymentalnie zdobyta na muszkach, może w przyszłości pozwolić na poznanie funkcjonowania mózgu aż do takiego detalu u ssaków. To ważne chociażby dla ofiar wypadków czy ludzi, którzy cierpią na nowotwór albo udar mózgu. Wtedy bezpowrotnie tracimy wiele neuronów i wiele ich funkcjonalnych obwodów. Tyle tylko, że analiza funkcjonalna mózgu, który składa się z prawie 90 mld komórek, jest, i pewnie długo jeszcze będzie, poza zasięgiem naszej technologii. Co innego, gdy obiektem badań jest muszka owocówka. A i tu nie było łatwo.

Muchy w filmie

W ramach projektu badawczego nagrano 20 tys. kilkunastominutowych filmów „z życia muszki owocowej”. Żeby zobaczyć je wszystkie „ciurkiem”, trzeba by spędzić przed telewizorem ponad 200 dni i nocy. W sumie w tych filmach „występowało” około pół miliona owadów, które reprezentowały ponad 2200 rozmaitych mutacji. Te mutacje zaprojektowano tak, by u każdego z badanych osobników pod wpływem wzrostu temperatury (z 18 do 25 st. C) następowała aktywacja bardzo konkretnego obszaru w mózgu, czyli grupy współpracujących z sobą neuronów. Wiadomo było dokładnie których, gdyż zmiana ta powodowała w nich produkcję zielonego białka fluorescencyjnego – tego samego, które występuje u świetlików. Następnie w specjalnej misce z zawieszoną kamerą, niczym na arenie, umieszczano po 10 samców i samic każdej mutacji. Podczas 16-minutowej obserwacji uzyskiwano ok. 30 tys. pojedynczych klatek zdjęciowych. „Inteligentny” program komputerowy ustalał i odnotowywał dokładne miejsce przebywania i pozycję skrzydeł każdej z obserwowanych muszek na danej klatce zdjęciowej. Dla każdego z mutantów obserwacje powtarzano 8 razy. Dało to 100 mld punktów eksperymentalnych, pozwalających na korelację konkretnego obszaru mózgu z konkretnym muszym zachowaniem. To z nich powstała ta niezwykła mapa.

Co z niej wynika? To, że zmiana działania konkretnego niewielkiego obszaru mózgu muszki powoduje zmiany zachowań, często niewidoczne gołym okiem, ale uchwycone przez kamerę i sztuczną inteligencję. Naukowcy wydzielili w maleńkim muszym mózgu ponad 7 tys. funkcjonalnie istotnych mikroobszarów. Okazało się ponadto, że czynności, które uznalibyśmy za prozaiczne, np. chodzenie do przodu, wymagają aktywności licznych i rozległych obszarów mózgu, podczas gdy wydawałoby się nietuzinkowe zachowania, jak poszukiwanie partnerki, wymagają aktywności obszarów nielicznych i niewielkich.

Oczywiście mapa w podróż nas nie zabierze ani za nią nie zapłaci, ale bez mapy trudno wybrać się tam, gdzie nigdy nie byliśmy. O takich badaniach zatem nauka mówi: „kamień milowy”. Tym razem w neurobiologii. Kiedy zatem nad letnimi koszami owoców czy pomidorów pyszniących się na stole pojawią się muszki, pomyślmy o nich z życzliwością. Pozwalają nam one zgłębiać naturę życia. 

«« | « | 1 | » | »»

aktualna ocena |   |
głosujących |   |
Ocena | bardzo słabe | słabe | średnie | dobre | super |

Zobacz

Dodaj komentarz
Gość
    Nick (wymagany lub )

    Autopromocja

    Reklama

    Reklama

    Reklama