Výzkumná laboratoř Janelia Research Campus se už roky pokouší zmapovat mozek octomilky – malé mušky, která se už v dávné minulosti stala v podstatě standardním živočichem biomedicínského výzkumu.

Cílem projektu FlyEM je 3D mapu logických obvodů – tzv. konektom – nervové soustavy octomilky zodpovědné za behaviorální chování. Tedy těch obvodů, které i z bezvýznamné mušky dělají autonomní organizmus, kterému se zatím ani náznakem nevyrovná sebelepší umělý robot.

Nejpodrobnější 3D mapa nervových spojení

Nyní se výzkumníci pochlubili výsledky ve studii (PDF) publikované v katalogu Biorxiv, společně s experty z Googlu totiž vytvořili doposud nejrozsáhlejší 3D model sítě neuronů a jejích vzájemných synapsí.



Jak se vytváří konektom – mapa biologické neuronové sítě

Průměrný lidský mozek obsahuje okolo 86 miliard neuronů, přičemž každý z nich může být napojený na ty další až 10 tisíci synapsí. Výsledkem je neuvěřitelně komplexní struktura, kterou v současné době nedokáže namodelovat sebelepší superpočítač, natož aby kdokoliv pochopil, jak síť ve své celistvosti vlastně funguje.

25 tisíc neuronů, 20 milionů synapsi

Nervová soustava titěrné octomilky je naštěstí poněkud jednodušší a se svými 100 tisíci neurony už můžeme alespoň jejich podstatnou část zmapovat. FlyEM analyzoval 25 tisíc z nich a také 20 milionů synapsí.

I to je ohromný oříšek. Nejprve musíte nervovou tkáň octomilky nařezat na tenké vrstvičky o síle zhruba 20 mikronů, načež každou z nich „vyfotíte“ pod elektronovým mikroskopem. Poté na řadu konečně přichází Google a jeho algoritmy, které v obrazových datech hledají jednotlivé cesty, uzly a napojení napříč vrstvami, čímž vědci konečně získají i třetí rozměr.

Vrstvičky mozku octomilky pod elektronovým mikroskopem:

Přesto všechno nakonec vše museli zkontrolovat lidé, a tak se mravenčí práce protáhla na několik let. Výsledný konektom je úchvatný a podle zastánců této metody výzkumu pomůže pochopit, jak opravdu fungují (i naše) mozky. Analýza synapsí pak může pomoci i k návrhům nových umělých softwarových a hardwarových neuronových sítí. I proto je v projektu zainteresovaný zmíněný Google.

Podle kritiků zbytečně vynaložená energie

Konektomie má nicméně i své kritiky, kteří upozorňují na to, že výsledkem byla sice vždy poutavá animace a neuvěřitelně složitá mapa nervových spojení, zatím ale neposunula neurovědu jako celek nikam dál.

Jak se vytváří 3D model nervových spojení v mozku octomilky:

Stručně řečeno, sice už docela rozumíme tomu, z čeho se skládá a co dělá biologický neuron a díky elektroencefalografii můžeme sledovat i komplexní elektrickou aktivitu mozku, ale usuzovat z toho, že už víme, jak opravdu funguje, nemůžeme.

Nevíme, co to na logické – synaptické – úrovni znamená cítit pečená žebírka, stejně tak netušíme, jak je možné, že jakýsi bioelektrický signál z očního nervu armáda neuronů promění ve vizuální vjem zelené barvy, natož abychom se byť jen o kousíček přiblížili pochopení, jak to, že se jakési elektrické pulzy v živé tkání promění v uvědomění si sebe sama.