Een internationaal onderzoeksteam heeft voor het eerst het volledige connectoom van het centrale zenuwstelsel van een volwassen mannelijke fruitvlieg (Drosophila melanogaster) voltooid. De nieuwe kaart bevat alle 166.000 neuronen en de miljoenen verbindingen daartussen, wat nieuwe inzichten biedt in de interactie tussen hersenen en lichaam.
De voltooiing van deze gedetailleerde neurologische kaart markeert een belangrijke mijlpaal in de neurowetenschappen. Het project omvat niet alleen de hersenen, maar ook de optische lobben — die vergelijkbaar zijn met het netvlies bij zoogdieren — en het ventrale zenuwstelsel, wat fungeert als het equivalent van het ruggenmerg. Volgens informatie van het janelia.org biedt dit werk een volledig gecontroleerd en geannoteerd overzicht van zowel de hersenen als het zenuwstelsel van het insect.
Samenwerking en technologie
Het project is het resultaat van een brede samenwerking tussen verschillende prestigieuze instellingen. De data zijn verzameld en geanalyseerd door teams van HHMI-Janelia, de University of Cambridge, het MRC Laboratory of Molecular Biology en blog.google.
Om deze enorme hoeveelheid informatie in kaart te brengen, is gebruikgemaakt van geavanceerde elektronenmicroscopie. Zoals beschreven door neurosciencenews.com, werden miljoenen hoge-resolutiebeelden van duizenden ultradunne plakjes van een enkele vlieg samengevoegd. Hierbij werden speciale AI-instrumenten voor uitlijning en reconstructie ingezet om de complexe structuren nauwkeurig weer te geven.
Doorbreken van traditionele theorieën
De resultaten van het onderzoek dagen bestaande neurowetenschappelijke theorieën over gecentraliseerde aansturing uit. Voorheen werd vaak aangenomen dat complexe gedragingen werden gedicteerd door een centraal commandocentrum in de hersenen. De nieuwe data suggereren echter dat motorische controle voor acties zoals vliegen en lopen sterk gedistribueerd is over lokale neurale modules.
Volgens berichtgeving van sciencedaily.com wijzen de bevindingen erop dat complex gedrag voortkomt uit lokale neurale samenwerking in plaats van een centrale sturing. Neurale circuits in de individuele poten beheren hun eigen lokale mechanica en werken samen met naburige ledematen om gecoördineerde bewegingen mogelijk te maken. Dit biedt nieuwe aanknopingspunten voor het begrijpen van intelligentie en beweging in algemene zin.
Wetenschappelijke waarde en vergelijkingen
De nieuwe kaart bouwt voort op eerdere datasets, waaronder de FlyWire-consortium hersenkaart uit 2024. Door de hersenen nu naadloos te verbinden met het zenuwstelsel in het lichaam, kunnen onderzoekers voor het eerst de volledige biologische informatiestroom volgen: van de zintuiglijke input tot de uiteindelijke fysieke motorische actie in één enkel organisme.
Een cruciaal aspect van dit nieuwe connectoom is dat het directe vergelijkingen mogelijk maakt met de hersenen van vrouwelijke fruitvliegen. Zoals vermeld door livescience.com, opent dit de deur naar onderzoek naar seksuele dimorfismen in het zenuwstelsel en hoe structurele verschillen in de bedrading van de hersenen leiden tot verschillen in gedrag tussen mannetjes en vrouwtjes.
Met deze volledige kaart beschikken wetenschappers nu over een ongekende referentie om de fundamentele regels te bestuderen die zenuwstelsels beheersen, wat mogelijk ook implicaties heeft voor het begrip van complexere biologische systemen.