211service.com
Hur en flughjärna upptäcker rörelse
En av de största connectomen som hittills publicerats avslöjar hur hjärnor kan upptäcka rörelse.
Flyswatter spotter: En rekonstruktion av 379 neuroner involverade i rörelsedetektering hos fruktflugan.
Forskare vid Howard Hughes Institute Janelia Farm Research campus och deras medarbetare Rapportera i Natur på onsdagen att de kunde rekonstruera formerna och sammankopplingarna av neuroner inom en liten del av flughjärnan som är ansvarig för att upptäcka visuell rörelse.
Genom att kartlägga hjärnans struktur så detaljerat fick forskarna ny insikt om hur hjärnan upptäcker rörelse. Deras arbete är det senaste exemplet på många pågående ansträngningar inom neurovetenskap för att förstå hur hjärnan fungerar genom att bygga intrikata diagram över neuronala anslutningar, eller connectomes (se Connectomics).
En teori om hur neuroner kan samverka för att tolka rörelse hade funnits i cirka 60 år, men forskare visste inte hur beteendet utfördes av neuronala kretsar, säger senior författare Dmitri Chklovskii . Delvis beror det på att det är extremt svårt att spåra en neuronal krets, även i den lilla hjärnan på en fruktfluga, säger han.
För att bygga sin detaljerade tredimensionella karta tog Chklovskii och kollegor bilder av mycket tunna skivor ristade från en frusen flughjärna och sydde sedan ihop mer än 20 000 av dessa bilder. De kunde automatisera mycket av denna rekonstruktion, men människor var tvungna att gå igenom för att leta efter fel. Totalt behövdes cirka 14 400 arbetstimmar för att bygga kopplingen av 379 celler med 8 637 synaptiska kopplingar.
Forskarna identifierade celler kopplade till varandra i kretsar som passar med den befintliga modellen för hur hjärnor upptäcker rörelse. Men för att fullt ut koppla den strukturella informationen till beteende, måste mönster av neuronaktivitet kombineras med dessa detaljerade kartor. Kartläggning av neuronaktivitet i hjärnan är ett av huvudmålen för det storskaliga neurovetenskapliga initiativet som president Obama tillkännagav tidigare i år (se The Brain Activity Map )
Längs dessa linjer uppstod en mer komplett berättelse om hur hjärnan beräknar rörelse när kopplingsschemat kombinerades med resultaten från en annan studie publiceras i samma nummer av Natur . Med hjälp av fluorescerande molekyler som lyser när neuroner är aktiva, visade ett andra team av forskare att fyra undergrupper av neuroner i rörelsekontakten var och en reagerar på rörelse i en av fyra kardinalriktningar: vänster, höger, upp och ner.
Med kombinationen av vårt anatomiska arbete med teori, och andra labbs fysiologi och beteendearbete, börjar hela historien bli tydlig nu, säger Chklovskii. Anslutningarna mellan flughjärnor och mänskliga hjärnor skiljer sig från varandra, men i båda fallen måste hjärnorna utföra liknande beräkningar, säger Chklovskii. Lärdomarna kommer att ge insikt i hur mer komplexa beräkningar utförs i hjärnan hos djur, inklusive ryggradsdjur som oss.