Ein Forschungsteam vom Janelia Research Campus des Howard Hughes Medical Institute hat gemeinsam mit Google Research und internationalen Partnern einen vollständigen Schaltplan von Gehirn und zentralem Nervensystem einer erwachsenen männlichen Fruchtfliege veröffentlicht. Die Ressource umfasst 166.391 Nervenzellen und rund 125 Millionen synaptische Verbindungen. Google Research und die in Cell erschienene Studie bezeichnen sie gemessen an der Neuronenzahl als bislang größte vollständige Gehirnkarte.
Die als Konnektom bezeichnete Karte erfasst die dreidimensionale Form der Neuronen und jene Synapsen, über die sie kommunizieren. Sie umfasst das zentrale Gehirn, die Sehlappen und den ventralen Nervenstrang, der bei Insekten eine ähnliche Rolle wie das Rückenmark der Wirbeltiere spielt. Dadurch lassen sich Informationen aus Geruch, Sehen und Hören durch das Gehirn bis zu Schaltkreisen verfolgen, die Gehen, Fliegen und andere Bewegungen steuern.
Für den Datensatz nutzten die Fachleute äußerst detaillierte elektronenmikroskopische Aufnahmen, die über Jahre entstanden. Algorithmen von Google Research setzten Millionen zweidimensionaler Bilder zusammen und erzeugten erste räumliche Rekonstruktionen; Spezialisten bei Janelia prüften und korrigierten anschließend die Ergebnisse. Nach Angaben des Teams war die Verbindung aus künstlicher Intelligenz und umfangreicher menschlicher Kontrolle entscheidend, weil komplizierte Zellformen automatische Systeme zu falschen Trennungen oder Verknüpfungen verleiten können.
Das männliche Konnektom lässt sich nun mit bereits fertigen weiblichen Karten vergleichen. Die Forschenden ordneten 4,8 Prozent der Neuronen im männlichen Gehirn und 2,4 Prozent im weiblichen Gehirn geschlechtsspezifischen Zelltypen zu; weitere männliche Zellen zeigten abweichende Verbindungen. Die Unterschiede häuften sich in höheren Verarbeitungsschaltkreisen. Damit entstehen überprüfbare Ansätze für Forschung zu Balz, Aggression und anderem geschlechtsgebundenem Verhalten, ohne dass die Nervensysteme insgesamt als grundverschieden gelten.
Fruchtfliegen sind wichtige Modellorganismen der Genetik und Neurowissenschaft, weil sie kurze Lebenszyklen, gut reproduzierbare Verhaltensweisen und mit anderen Tieren gemeinsame biologische Mechanismen besitzen. Alle 86 Milliarden Neuronen eines menschlichen Gehirns lassen sich noch nicht in vergleichbarer Auflösung erfassen. Kleinere Nervensysteme ermöglichen dagegen praktische Tests dazu, wie Verschaltung Wahrnehmung, Entscheidungen und Handlungen hervorbringt; der offene Datensatz hilft Laboren zudem, Schaltkreise vor gezielten Experimenten auszuwählen.
Das Team stellt Bilder, Rekonstruktionen, Anmerkungen und Verbindungsdaten über Werkzeuge zur Online-Ansicht und zum Herunterladen bereit. Die Karte ist eine strukturelle Referenz, keine Aufzeichnung von Gedanken und keine vollständige Erklärung des Verhaltens; Vorhersagen brauchen weiterhin Versuche an lebenden Fliegen. Zunächst soll sie Vergleiche zwischen Individuen und Geschlechtern ermöglichen, bestimmte Schaltkreise mit Verhalten verbinden und Verfahren verbessern, die später größere tierische Nervensysteme erfassen könnten.
Kommentare