211service.com
Hoe een vliegenbrein beweging detecteert
Een van de grootste tot nu toe gepubliceerde connectomen onthult hoe hersenen beweging kunnen detecteren.
Flyswatter-spotter: een reconstructie van 379 neuronen die betrokken zijn bij bewegingsdetectie in de fruitvlieg.
Onderzoekers van het Howard Hughes Institute Janelia Farm Research-campus en hun medewerkers verslag doen van in Natuur op woensdag dat ze in staat waren om de vormen en onderlinge verbindingen van neuronen te reconstrueren in een klein deel van het vliegenbrein dat verantwoordelijk is voor het detecteren van visuele beweging.
Door de hersenstructuur zo gedetailleerd in kaart te brengen, kregen de onderzoekers nieuw inzicht in hoe de hersenen beweging detecteren. Hun werk is het nieuwste voorbeeld van vele voortdurende inspanningen in de neurowetenschappen om te begrijpen hoe de hersenen werken door ingewikkelde diagrammen van neuronale verbindingen of connectomen te bouwen (zie Connectomics).
Een theorie over hoe neuronen zouden kunnen samenwerken om beweging te interpreteren, bestaat al ongeveer 60 jaar, maar wetenschappers wisten niet hoe het gedrag werd uitgevoerd door neuronale circuits, zegt senior auteur Dmitri Chklovskii . Voor een deel komt dat omdat het traceren van een neuronaal circuit, zelfs in de kleine hersenen van een fruitvlieg, buitengewoon moeilijk is, zegt hij.
Om hun gedetailleerde driedimensionale kaart te bouwen, hebben Chklovskii en collega's foto's gemaakt van zeer dunne plakjes gesneden uit een bevroren vliegenbrein en vervolgens meer dan 20.000 van die afbeeldingen aan elkaar genaaid. Ze waren in staat om een groot deel van deze reconstructie te automatiseren, maar mensen moesten door om te controleren op fouten. In totaal waren ongeveer 14.400 manuren nodig om het connectoom van 379 cellen met 8.637 synaptische verbindingen te bouwen.
De onderzoekers identificeerden cellen die met elkaar verbonden waren in circuits die passen bij het bestaande model voor hoe hersenen beweging detecteren. Maar om de structurele informatie volledig aan het gedrag te koppelen, moeten patronen van neuronactiviteit worden gecombineerd met deze gedetailleerde kaarten. Het in kaart brengen van neuronactiviteit in de hersenen is een van de belangrijkste doelen van het grootschalige neurowetenschappelijke initiatief dat eerder dit jaar door president Obama werd aangekondigd (zie The Brain Activity Map )
In die zin ontstond er een completer verhaal over hoe de hersenen beweging berekenen toen het bedradingsschema werd gecombineerd met de resultaten van een ander onderzoek gepubliceerd in hetzelfde nummer van Natuur . Met behulp van fluorescerende moleculen die gloeien wanneer neuronen actief zijn, toonde een tweede team van wetenschappers aan dat vier subsets van neuronen in het bewegingsconnectoom elk reageren op beweging in een van de vier hoofdrichtingen: links, rechts, omhoog en omlaag.
Met de combinatie van ons anatomische werk met theorie, en het fysiologie- en gedragswerk van andere laboratoria, begint het hele verhaal nu duidelijk te worden, zegt Chklovskii. De connectomen van vliegenhersenen en menselijke hersenen verschillen van elkaar, maar in beide gevallen moeten de hersenen vergelijkbare berekeningen uitvoeren, zegt Chklovskii. De geleerde lessen zullen inzicht verschaffen in het oplossen van hoe complexere berekeningen worden uitgevoerd in de hersenen van dieren, inclusief gewervelde dieren zoals wij.