211service.com
Hvordan en fluehjerne registrerer bevægelse
Et af de største connectomer offentliggjort til dato afslører, hvordan hjerner kan registrere bevægelse.
Fluesmækkerspotter: En rekonstruktion af 379 neuroner involveret i bevægelsesdetektion hos frugtfluen.
Forskere ved Howard Hughes Institute's Janelia Farm Research campus og deres samarbejdspartnere rapport i Natur onsdag, at de var i stand til at rekonstruere formerne og sammenkoblingerne af neuroner i en lille del af fluehjernen, der er ansvarlig for at detektere visuelle bevægelser.
Ved at kortlægge hjernestrukturen så detaljeret fik forskerne ny indsigt i, hvordan hjernen registrerer bevægelse. Deres arbejde er det seneste eksempel på mange igangværende bestræbelser inden for neurovidenskab for at forstå, hvordan hjernen fungerer ved at bygge indviklede diagrammer over neuronale forbindelser eller connectomer (se Connectomics).
En teori for, hvordan neuroner kan arbejde sammen om at fortolke bevægelse, havde eksisteret i omkring 60 år, men forskerne vidste ikke, hvordan adfærden blev udført af neuronale kredsløb, siger seniorforfatter Dmitri Chklovskii . Dels skyldes det, at det er ekstremt svært at spore et neuronalt kredsløb, selv i den lille hjerne på en frugtflue, siger han.
For at bygge deres detaljerede tredimensionelle kort tog Chklovskii og kolleger billeder af meget tynde skiver skåret ud fra en frossen fluehjerne og derefter syet mere end 20.000 af disse billeder sammen. De var i stand til at automatisere meget af denne rekonstruktion, men mennesker var nødt til at gå igennem for at tjekke for fejl. I alt var der brug for omkring 14.400 arbejdstimer for at bygge forbindelsen af 379 celler med 8.637 synaptiske forbindelser.
Forskerne identificerede celler forbundet med hinanden i kredsløb, der passer med den eksisterende model for, hvordan hjerner registrerer bevægelse. Men for fuldt ud at forbinde den strukturelle information til adfærd, skal mønstre af neuronaktivitet kombineres med disse detaljerede kort. Kortlægning af neuronaktivitet i hjernen er et af hovedmålene for det store neurovidenskabelige initiativ, som præsident Obama annoncerede tidligere på året (se The Brain Activity Map)
I den retning opstod en mere komplet historie om, hvordan hjernen beregner bevægelse, da ledningsdiagrammet blev kombineret med resultaterne af en anden undersøgelse offentliggjort i samme nummer af Natur . Ved at bruge fluorescerende molekyler, der lyser, når neuroner er aktive, demonstrerede et andet hold af videnskabsmænd, at fire undergrupper af neuroner i bevægelsesforbindelsen hver reagerer på bevægelse i en af fire kardinalretninger: venstre, højre, op og ned.
Med kombinationen af vores anatomiske arbejde med teori, og fysiologi og adfærdsarbejde i andre laboratorier, begynder hele historien at blive klar nu, siger Chklovskii. Forbindelserne mellem fluehjerner og menneskelige hjerner adskiller sig fra hinanden, men i begge tilfælde skal hjernerne udføre lignende beregninger, siger Chklovskii. Erfaringerne vil give indsigt i at løse, hvordan mere komplekse beregninger udføres i hjernen hos dyr, herunder hvirveldyr som os.