초파리의 뇌는 양귀비 씨보다 작지만 그 작은 공간에 엄청난 복잡성이 담겨 있습니다. 140,000개 이상의 뉴런이 490피트가 넘는 철사로 연결되어 있는데, 이는 흰긴수염고래 네 마리가 서로 연결되어 있는 것입니다.
수백 명의 과학자들이 일련의 연구 논문에서 이러한 연관성을 놀랍도록 자세하게 설명했습니다. 출판됨 수요일 자연. 배선도는 여러 세대에 걸쳐 파리 종인 Drosophila melanogaster의 신경계를 연구해 온 연구자들에게 도움이 될 것입니다.
이전에는 작은 벌레가 유일한 벌레였습니다. 성체 동물 그의 뇌는 완전히 재건되어 전체 신경계에 385개의 뉴런만 남아 있었습니다. 이번 연구를 주도한 프린스턴 대학의 신경생물학자 말라 머티(Mala Murthy)는 새로운 파리 지도가 “복잡한 뇌에 대한 완전한 지도를 갖게 된 최초의 사례”라고 말했습니다.
다른 연구자들은 파리의 뇌 회로를 분석하면 인간을 포함한 다른 종에 적용되는 원리가 밝혀질 것이라고 말했습니다. 인간의 뇌에는 860억 개의 뉴런이 있습니다.
한 새로운 연구에서 연구자들은 감각 신호가 뇌를 통해 어떻게 흐르고 뇌가 명령을 내리게 하는지에 대한 미스터리를 다루고 있습니다. 그들은 완전한 파리 뇌의 컴퓨터 시뮬레이션을 만들었습니다. 시뮬레이션된 맛이 제시되면 인공 두뇌는 혀를 내밀라는 신호를 생성합니다.
프린스턴 대학의 또 다른 프로젝트 리더인 세바스찬 승은 시뮬레이션을 통해 “마인드 업로드”가 어떻게 인간의 뇌를 컴퓨터로 전송할 수 있는지에 대한 오랜 추측을 상기시켰다고 말했습니다.
“뇌 업로드는 공상 과학 소설이었지만 적어도 파리의 경우 두뇌 업로드는 이제 주류 과학이 되었습니다.”라고 승 박사는 말했습니다.
매핑은 2013년 버지니아 하워드 휴즈 의학 연구소(Howard Hughes Medical Institute)의 자넬리아 연구 캠퍼스(Janelia Research Campus)에서 근무하던 신경과학자 더피 복(Duffy Bock)과 그의 동료들이 성체 초파리의 뇌를 화학 용액에 담가서 고체 덩어리로 만들었을 때 시작되었습니다. 그들은 덩어리의 꼭대기에서 매우 얇은 층을 깎아내고 현미경을 사용하여 사진을 찍었습니다.
그런 다음 과학자들은 다른 층을 면도하고 새로운 사진을 찍었습니다. 에게 뇌 전체를 포착하라그들은 7,050개의 클립을 촬영하고 약 2,100만 개의 이미지를 제작했습니다.
성 박사와 그의 동료들은 이러한 이미지를 해석하는 소프트웨어도 개발했습니다. 그들은 각 이미지에서 뉴런의 단면을 인식하고 이를 3D 세포 모양으로 쌓도록 컴퓨터를 프로그래밍했습니다.
컴퓨터는 서로 직접 통과하는 두 개의 뉴런을 만드는 등의 실수를 저지르는 경우가 있습니다. 전문가와 초파리 애호가로 구성된 팀이 지도를 조사하고 오류를 수정했습니다.
과학자들이 최초의 제품을 생산하는 데 10년 이상이 걸렸습니다. 고해상도 모델 파리의 뇌에서. 케임브리지 대학교의 신경과학자 그레고리 제프리스(Gregory Jeffress)와 그의 동료들은 뉴런의 다양한 모양을 기반으로 세포를 다음과 같이 분류했습니다. 8,453종의 개별 종이는 모든 뇌에서 가장 큰 세포 유형 카탈로그가 됩니다. (과학자들은 인간의 뇌에서 3,300개의 세포 유형만을 확인했습니다.)
Murthy 박사와 동료들은 지도 전체에서 뉴런을 추적함으로써 이러한 다양한 유형의 세포가 하는 일에 대한 단서를 수집할 수 있었습니다.
예를 들어 일부 유형의 뉴런은 파리에게 걷도록 지시합니다. 멈추려면. 연구자들은 한 회로는 걷기 명령을 차단하여 파리를 멈추고, 두 번째 회로는 다리 관절을 강화하여 파리를 멈추는 것을 발견했습니다.
캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스의 Philip Chiu와 그의 동료들은 이 지도를 사용하여 모델을 만들었습니다. 가상 파리의 두뇌여기서 시뮬레이션된 뉴런은 연결된 세포에 신호를 전달합니다.
Chiu 박사 팀은 시뮬레이션된 뇌가 음식에 어떻게 반응하는지 확인하여 테스트했습니다. 파리의 혀와 같은 코는 당에 민감한 신경 세포로 덮여 있습니다. 연구자들은 그것을 활성화하고 파리의 뇌를 통해 신호가 흐르는 것을 관찰했습니다.
시뮬레이션된 뇌는 실제 뇌가 하는 일을 수행했습니다. 즉, 파리가 먹을 수 있도록 코가 나오도록 명령했습니다. 가상의 파리가 코의 오른쪽에서만 설탕을 맛본다면 뇌는 코를 오른쪽으로 구부리라는 명령을 보냅니다.
이 프로젝트에 참여하지 않은 에모리 대학교의 초파리 전문가인 아니타 데비네니(Anita Devineni)는 새로운 실험을 계획하기 위해 새로운 자원에 의존했다고 말했습니다. “우리는 우리가 하는 모든 일에 이것을 사용합니다.”라고 그녀는 말했습니다.
Murthy 박사와 그녀의 동료들은 파리의 지도를 사용하여 뉴런의 배선을 통해 신호가 뇌 전체에 빠르게 퍼지는 방법과 같은 복잡한 뇌의 기본 규칙을 발견하기를 희망합니다. 그러나 그들은 또한 더 큰 두뇌가 동일한 규칙을 따르지 않을 수도 있다는 것을 알고 있습니다.
이제 연구자들은 보다 야심찬 지도를 개발하기 시작했습니다. 쥐의 뇌이는 파리보다 약 1,000배 많은 뉴런을 포함하고 있습니다.
파리 지도를 완성하면 쥐 뇌 프로젝트의 속도를 높이는 데 도움이 될 수 있다고 시애틀에 있는 Allen Institute for Brain Science의 신경과학자인 Hongkui Zheng은 말했습니다. 그는 이 프로젝트에는 참여하지 않았습니다. Zeng 박사는 우리 삶의 새로운 지도를 완성하기 위해서는 이러한 개선이 필요하다고 말했습니다.
Zeng 박사는 “어떤 개선이라도 큰 변화를 가져올 수 있습니다.”라고 말했습니다. “우리는 10,000년을 기다릴 수 없습니다.”
