Gedetailleerde kaart van het fruitvliegbrein gemaakt

Annelies Bes

2020-01-24 12:59:00

fruitvliegbrein

Na twaalf jaar zwoegen presenteren wetenschappers het grootste, meest gedetailleerde virtuele netwerk van het fruitvliegbrein.

De Drosophila melanogaster, beter bekend als de fruitvlieg, is waarschijnlijk niet je favoriete huisdier. Niet zo gek ook, want als deze insecten rondvliegen in huis, heb je vast ergens rottend fruit liggen. Binnen de wetenschap krijgt het beestje veel meer waardering. Zo’n twintig jaar geleden zorgde het ontcijferen van het eerste volledige genoom van de fruitvlieg namelijk voor een stroomversnelling in de wetenschap.

Nu hopen wetenschappers dat hetzelfde gebeurt met het ontcijferen van het ‘fruitvlieg-connectoom’: een compleet gevisualiseerd 3D-netwerk van neuronale verbindingen. Na twaalf jaar zwoegen presenteerden wetenschappers van het Howard Hughes Medical Institute’s (HHMI) Janelia research campus en Google, onlangs het grootste en meest gedetailleerde connectoom van een Drosophila-brein bestaande uit 25.000 neuronen, die onderling 20 miljoen verbindingen vormen.

Lees ook:

Machine-learning

Een connectoom bouwen kost veel tijd en inspanning, en vereist grote precisie. Aan het begin van het project werd geschat dat het in kaart brengen van 25.000 vliegneuronen zo’n twintig jaar zou duren. Gelukkig is dat versneld door samenwerkingen met bedrijven als Google, die machine learning (vorm van kunstmatige intelligentie) ontwikkelden voor automatische 3D-reconstructie.

Hoe het werkt? Het vliegenbrein wordt in flinterdunne plakjes gesneden van elk 20 nanometer. Vervolgens schieten onderzoekers haarscherpe 3D-plaatjes met een elektronenmicroscoop. Met behulp van een machine learning-techniek, genaamd Flood-Filling Networks, worden hieruit automatisch de individuele neuronen met hun synaptische verbindingen herkend, gecodeerd op kleur en in een reconstructie geplaatst. 

Begrijp het brein

Nu vraag je je misschien af waarom wetenschappers überhaupt geïnteresseerd zijn in zo’n massaal neuronennetwerk. Wat kunnen we ermee naast dat het prachtige plaatjes oplevert? Veel neurowetenschappers geloven dat de verbindingen tussen neuronen de sleutel vormen tot het begrijpen van ons brein.

Als wetenschappers de hersenen beter begrijpen, zijn ook alle processen en de uitwerkingen hiervan geen geheim meer. Een connectoom geeft onderzoekers het volledige overzicht en helpt zo niet vanzelfsprekende verbindingen te zien.

Nu is natuurlijk een fruitvliegbrein geen menselijk brein, maar toch zet dit connectoom fundamentele stappen in de goede richting. In de toekomst hopen wetenschappers hersennetwerken te vergelijken en verschillen te beschrijven. Dit kan helpen moeilijke vraagstukken op te lossen als: hoe veranderen hersennetwerken als herinneringen worden opgeslagen? En hoe verschillen de netwerken bij psychiatrische stoornissen of depressies?

‘Hemibrain’

Het connectoom is geen afdruk van het gehele fruitvliegbrein, maar alleen van het zogenaamd hemibrain, een regio van slechts 250 micrometer breed. Dat deel van de hersenen maakt ongeveer een derde uit van het volledige brein en bevat belangrijke delen die een rol spelen bij het geheugen, navigatie en leren. Met de rest van het brein zijn de wetenschappers nog hard bezig.

Het onderzoeksteam zet de reconstructie online, zodat andere wetenschappers gratis gebruik kunnen maken van de data. Twintig jaar geleden zorgde het vrijmaken van het fruitvlieggenoom voor een revolutie in de wetenschap. Onderzoekers hopen dat dit connectoom ook zo’n belangrijke rol zal vervullen. Ooit hopen wetenschappers ook zo het menselijk brein, bestaande uit zo’n 100 miljard neuronen, te reconstrueren. Maar voor nu moeten we het nog even doen met de hersentjes van dit ongewenste huisdier.

Het ‘hemibrain’ (in lichtblauw) beslaat ongeveer een derde van het volume van de Drosophila-hersenen © FlyEM/Janelia Research Campus

Bronnen: Google, Janelia, WIRED, NewAtlas

Beeld: FlyEM/Janelia Research Campus

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK







De nieuwste editie!

Editie 3-2020




Meer Nieuws