© Shutterstock

Lidé vs. mouchy -

Sebastian Seung, profesor informatiky a neurovědy na Princetonské univerzitě a jeden z vedoucích výzkumného týmu, položil zajímavou otázku: „Proč bychom se měli zajímat o mozek octomilky?“ Jeho odpověď je jednoduchá, ale hluboká: „Pochopení fungování jakéhokoli mozku může poskytnout cenné poznatky o fungování mozků všech.“

© Shutterstock

Odhalení pravdy o muškách -

Mouchy, které jsou často považovány za otravné škůdce, hrály v lidské kultuře po celou historii významnou roli. Od umění a literatury až po folklór a pověry – tento drobný hmyz zaujal naši představivost a vždy měl hluboký symbolický význam.

© Shutterstock

Špatná reputace -

Ve staroegyptské kultuře byly mouchy spojovány s válkou, smrtí a ničením. „Řád zlaté mouchy“ byl vyznamenáním udělovaným statečným vojákům a odrážel vytrvalost a odolnost hmyzu. Mouchy byly také považovány za posly podsvětí, kteří provázejí duše zemřelých.

© Getty Images

Jsou důležité pro životní prostředí -

Mouchy slouží jako důležité bioindikátory a poskytují nám cenné informace o stavu životního prostředí. Některé druhy jsou velmi citlivé na znečištění a jejich (ne)přítomnost může pomoci odhalit stav ekosystému.

© Shutterstock

Vědecký průlom -

Octomilky již více než sto let pomáhají vědcům studovat mechanismy dědičnosti, vývojovou biologii a signální přenosové dráhy. Hrají také klíčovou roli při poznávání genetického základu nemocí, včetně rakoviny a neurodegenerativních poruch.

© Shutterstock

Mají novou pověst -

Mouchy, které byly vždy odsuzovány jako symbol rozkladu, nyní sehrály zásadní roli v rozvoji našeho chápání biologie, medicíny a udržitelnosti životního prostředí.

© Shutterstock

Jsou nám podobné víc, než si myslíme -

Octomilky sdílejí přibližně 60 % lidských genů, což z nich činí cenné modely pro studium lidské biologie a nemocí. Jejich podobnost s lidmi, včetně vzorců stárnutí, reakcí na kofein a chování při námluvách, zdůrazňuje potenciální poznatky, které lze získat studiem jejich mozků.

© Shutterstock

Jsou to „mozkouni“ -

I když jsou mozky octomilek menší než špendlíková hlavička, jsou to neuvěřitelně složité struktury schopné vykonávat složité úkoly. Studiem těchto nervových obvodů získali vědci cenné poznatky například o tom, proč je tak obtížné mouchy chytit plácačkou.

© Shutterstock

Proč je tak těžké je dostat? -

Zrakové obvody mušek jim umožňují neuvěřitelně přesně rozpoznat směr blížící se hrozby. Když se setkají s našimi srolovanými novinami, vyšlou jejich zrakové obvody silný signál ke skoku do nohou směřujících od nebezpečí, což jim umožní instinktivně reagovat – konají doslova rychleji, než myslí.

© Shutterstock

Schémata zapojení mozku -

Schémata zapojení mozku poskytují mapu, kterou mohou vědci použít k porovnání a rozšíření na jiné druhy. Až donedávna měli vědci k dispozici schémata pouze jednoduchého červa, který má 300 vodičů, a larvy, která jich má 3 000.

© Shutterstock

Vědci jsou v tom za jedno -

Vývoj schématu mozku mouchy byl monumentálním počinem, který vyžadoval spolupráci mezinárodního týmu vědců. Ambiciózní sestava zní přímo jako z filmu od Marvelu, protože vědci vytvořili konsorcium s názvem FlyWire.

© Shutterstock

Jak se dostanete do mozku mouchy? -

K vytvoření schématu vědci pečlivě rozřezali mozek mouchy na 7 000 částí mikroskopickou technikou podobnou strouhání sýra. Každý řez pak vyfotografovali a digitálně zrekonstruovali. K zobrazení struktur o velikosti pouhých čtyř miliontin milimetru byl použit elektronový mikroskop.

© Shutterstock

Role umělé inteligence -

Výzkumníci se pak obrátili na umělou inteligenci, aby analyzovali miliony snímků a vysledovali složitou síť neuronů a synaptických spojení v mozku mouchy.

© Shutterstock

Manuální práce -

Navzdory svým schopnostem nedokázala umělá inteligence tento proces plně automatizovat. Výzkumníci museli ručně opravit více než tři miliony chyb ve vygenerované mapě. Tento náročný úkol vyžadoval společné úsilí celosvětového týmu vědců i dobrovolníků.

© Shutterstock

Propojení bodů -

Stále však zbývala spousta práce. Podle Philippa Schlegela z Laboratoře molekulární biologie Rady pro lékařský výzkum by mapa bez popisu toho, co dělají jednotlivá nervová spojení, neměla žádný smysl.

© Shutterstock

Mozková GPS -

Podle Schlegelovy přesvědčivé analogie je mapa mozku ekvivalentem Google Maps pro mysl. Na schématu jsou vyznačeny cesty mezi neurony, podobně jako ulice a budovy. „Abychom však skutečně pochopili funkci mozku, musíme přidat ekvivalent názvů ulic, měst, pracovní doby, telefonních čísel a recenzí. Teprve pak se můžeme v této složité krajině orientovat a získat smysluplné informace,“ vysvětlil.

© Shutterstock

Hlubší zkoumání -

Analýzou mapy mozku vědci identifikovali jednotlivé nervové okruhy zodpovědné za různé funkce. Například obvody, které se podílejí na pohybu, se nacházejí v základně mozku, zatímco obvody pro zpracování zraku jsou umístěny směrem do strany.

© Shutterstock

Heuréka! -

Zrakové zpracování vyžaduje podstatně větší výpočetní výkon než zpracování pohybu, což má za následek větší počet neuronů zapojených do těchto obvodů. Vědci sice věděli, že existují oddělené zrakové a pohybové obvody, ale spojení mezi nimi zůstávalo až doposud záhadou.

© Shutterstock

Objevy -

Celkem vědci identifikovali přibližně 140 000 neuronů, z nichž 98 % bylo kategorizováno, a více než 50 milionů synapsí.

© Shutterstock

Objevy -

Na základě podrobné mapy mozku vědci identifikovali specializované neurony s odlišnými funkcemi. Neurony „interrogátorů“ integrují různé typy informací, zatímco neurony „broadcasterů“ mohou koordinovat aktivitu napříč různými nervovými okruhy. Kromě toho byl objeven specifický obvod zodpovědný za zastavení pohybu octomilky.

© Getty Images

Proč je náš mozek stále záhadou? -

Lidský mozek je podstatně větší a složitější než mozek mouchy, což představuje obrovskou výzvu pro úplné zmapování.

© Getty Images

Otevřená cesta -

Kompletní zmapování mouchy a jejích 130 000 vodičů je úžasný technický výkon, který otevírá cestu k nalezení konektivity větších mozků, jako je mozek myši, a za několik desetiletí možná i našeho mozku.

© Getty Images

Technické problémy -

Současná technologická omezení nám brání zachytit složité detaily naší neuronové sítě. Skenování mozku může odhalit některé aspekty mozkového zapojení, ale i ta nejpokročilejší technologie poskytuje jen částečný pohled na jeho složitou síť.

© Getty Images

Rozšifrování lidského mozku -

Pokud tedy máme milionkrát více mozkových buněk neboli neuronů než zkoumaná octomilka, jak může schéma zapojení hmyzího mozku pomoci vědcům zjistit, jak myslíme my?

© Shutterstock

Budoucí studie -

Schlegel předpokládá, že tato nová mapa mozku odstartuje v příštích několika letech vlnu objevů v neurovědě. Studiem mozkové mapy octomilky chtějí vědci získat hlubší porozumění fungování zdravého lidského mozku.

© Shutterstock

Lék na psychické nemoci -

Vědci doufají, že mapováním nervových spojení ve specifických oblastech lidského mozku objasní příčiny neuropsychiatrických a jiných mozkových poruch. Jak zdůrazňuje John Ngai, ředitel institutu pro studii mozku: „Nemůžeme napravit to, čemu nerozumíme. Proto je tak důležité porozumět tomu, jak mozek funguje.“

© Shutterstock

Bude to ještě ale trvat -

Mapování neuronových spojení v určitých oblastech mozku s 86 miliardami neuronů a biliony spojení je náročný úkol. Vzhledem k tomu, že náš mozek je zhruba milionkrát složitější než mozek octomilky, by dokončení schématu mapování lidského mozku vyžadovalo ohromující množství dat, které by se rovnalo celosvětovému internetovému provozu za jeden rok.

Zdroje: (FlyWire) (Nature) (BBC) (The Guardian) (Harvard Medical School) (Medium)

© Shutterstock