Wanneer jy praat oor iets so kompleks soos die brein, is die taak nie makliker as die woordeskat wat gebruik word, net so kompleks is nie. 'n Internasionale samewerking van neurowetenskaplikes het nie net die aantal geïdentifiseerde breinstrukture verdriedubbel nie, maar het 'n eenvoudige leksikon geskep om daaroor te praat, wat geweldig nuttig sal wees vir toekomstige navorsing oor breinfunksie en -siektes.
Nick Strausfeld en Linda Restifo, albei professore in die Departement Neurowetenskap aan die Universiteit van Arizona, het saam met kollegas in Japan gewerk wat die projek gelei het, en kollegas in Duitsland en in die VK om 'n omvattende atlas van neuroanatomiese sentrums te vervaardig en berekeningsentrums van die insekbrein. In die proses het die span baie voorheen onbekende strukture geïdentifiseer. Deur die navorsingsgemeenskap van 'n verenigde sisteem van terminologie te voorsien, het hulle die weg gebaan vir 'n sistematiese poging om breinstrukture en -funksies wat oorgedra word na funksies van die menslike brein toe te lig.
'n Artikel oor die werk verskyn in die wetenskaplike tydskrif Neuron; die aanlyn weergawe sluit 'n 80-bladsy data-aanvulling in. Die data sal binne 6 maande publiek beskikbaar wees en honderde beelde en 3-D video-animasies insluit – wat neerkom op 'n onskatbare hulpbron wat neurowetenskaplikes in staat sal stel om meer doeltreffend te werk, hul resultate te vergelyk en meer betekenisvolle interpretasies te verkry.
"Hierdie poging verskaf 'n driedimensionele padkaart om strukture vir alle insekbreine te beskryf, en maak vergelykings met ander geleedpotiges moontlik," het Strausfeld, direkteur van die UA Sentrum vir Insekwetenskap, gesê. “Dit het groot waarde in die beskrywing van netwerkverhoudings tussen rekenaarsentrums in die brein."
Die projek is tydig aangesien die VSA en Europa met ambisieuse inisiatiewe begin het - President Barack Obama se BRAIN-inisiatief en die Europese Unie se Human Brain Project - om 'n dinamiese prentjie van die brein te produseer wat wys hoe individuele selle en komplekse neurale stroombane interaksie in tyd en ruimte.
In hul pogings om strategieë te ontwikkel om die innerlike werking van die menslike brein te verken, waarskynlik die mees komplekse struktuur in die sonnestelsel, het wetenskaplikes staatgemaak op die bestudering van die breine van modelorganismes soos vrugtevlieë omdat hul strukture eenvoudiger is en makliker om in eksperimente te bestudeer.
Leedpotiges – insekte, spinnekoppe, skaaldiere en hul familielede – het gevorderde biomediese navorsing wat wissel van die anatomiese en molekulêre onderbou van gedrag tot die biochemiese oorsake van verslawing. As gevolg van hul gedeelde evolusionêre geskiedenis diep in die tyd, deel gewerwelde diere insluitend mense waarskynlik baie neuroanatomiese kenmerke en funksionele sentrums in die brein met ongewerweldes. Die bestudering van neurologiese prosesse by geleedpotiges kan ons aansienlik help om te verstaan hoe alle breine werk.
Die prosesse wat byvoorbeeld tot Parkinson se siekte lei, is uiters moeilik om by mense te ondersoek, maar navorsing met vrugtevlieë het waardevolle inligting opgelewer wat neuroloë kan help om terapeutiese strategieë te ontwikkel.
As gevolg van hierdie gesamentlike poging om die insekbrein te katalogiseer en te karteer, het hierdie groep wetenskaplikes ontdek dat die speldekopgrootte brein van 'n vrugtevlieg meer as 50 anatomies verskillende sentrums het wat 'n kompleksiteit nader wat tot dusver net herken is in diere soos visse of muise.
"Daar is fassinerende parallelle," het Strausfeld gesê. "Deur diskrete sentrums in die insekbrein te herken, sal ons beter verstaan hoe die uitbreidings van die breine van insekte en gewerwelde diere met mekaar verband kan hou ten spyte van meer as 600 miljoen jaar van uiteenlopende evolusie."
Byvoorbeeld, die reukbolle by gewerwelde diere is baie soortgelyk aan die reuklobbe in skaaldiere. Dieselfde geld vir die visuele sisteem: Kleur, vorm, beweging en tekstuur word op soortgelyke wyse in gewerwelde diere en insekte verwerk, hoewel baie verskillende aspekte van die visuele wêreld deur 'n vlieg waargeneem word in vergelyking met dié wat deur 'n aap of 'n mens waargeneem word, het Strausfeld verduidelik.
Die studie is gelei deur Kei Ito, 'n medeprofessor in die departement van rekenaarbiologie aan die Universiteit van Tokio. Sy groep het 'n tegniek genaamd konfokale fluoressensiemikroskopie gebruik om virtuele "skywe" te skep wat die vrugtevliegbrein-argitektuur tot in enkelselle onthul.
Vyf jaar en 1 200 e-posse later bied die projek neurowetenskaplikes nou dieselfde terme om spesifieke dele van die brein van insekte en skaaldiere te beskryf. "Ons stel 'n nuwe standaard wat kommunikasie werklik moontlik maak," het die UA-outeurs saamgestem.
"Ons het nou 'n baie gedetailleerde begrip van die verspreiding van neurone in diskrete sentrums en die verbindings tussen hulle," het Strausfeld verduidelik.
"Die kompleksiteit van insekgedrag word toenemend deur die genetika-gemeenskap erken om ons in staat te stel om verskeie menslike siektes te modelleer," sê Restifo, wat ook professor in neurologie aan die UA College of Medicine en lid van die UA BIO5 Institute is..
"Hierdie klein, maar nou goed gedefinieerde, streke wat ons in die insekbrein sien, het waarskynlik spesifieke neurone met spesifieke verbindings wat sekere gedrag aandryf wat al hoe belangriker word om gedrag soos aggressie of verslawing te bestudeer."
Restifo het verduidelik dat die kombinasie van die uitgebreide gedragsrepertorium van mense met dié wat in insekte waargeneem word, 'n sterk argument maak vir die gebruik van model-organismes soos die vrugtevlieg, Drosophila, in die soeke na nuwe dwelms.
"In sekere opsigte gaan insekte selfs nuttiger wees as knaagdiermodelle," het sy gesê. "In sommige gevalle bied pogings om by die oorsaak van 'n siekte uit te kom deur geenfunksie by muise te ontwrig nie antwoorde nie, want alhoewel die genetiese mutasie ooreenstem met dié van die menslike siekte, doen die fisiologiese effekte dit nie."
Om sinvol te wees, vereis enige studie van komplekse senuweestelsels konsepte en terminologie waaroor die navorsingsgemeenskap eenvormig ooreengekom het.
Neurowetenskaplikes weet al lank dat anatomies kenmerkende streke leidrade is oor hoe die brein georganiseer is, maar verskillende terme is in gebruik vir dieselfde struktuur in verskillende - of selfs binne dieselfde - spesies. "In werklikheid is 'n roos met enige ander naam meer soos 'n toring van Babel," het Restifo gesê. "Daar was enorme verwarring."
Strausfeld, wat die eerste atlas oor die insekbrein in 1976 gepubliseer het - en saam met Ito en kollegas in Duitsland, die eerste Nasionale Wetenskapstigting Aanlyn Atlas van die Drosophila-brein - het 'n groot deel van die aanvanklike nomenklatuur opgestel. Die UA Sentrum vir Insekwetenskap was ook instrumenteel in die ondersteuning van die pogings wat gelei het tot die studie se publikasie. Strausfeld het gesê 'n belangrike dryfveer van die huidige projek was die behoefte om die toepaslikheid van spesifieke terme en name vir neurale strukture oor geleedpotige breine vas te stel.
"Niks so iets is al voorheen gedoen nie," het hy gesê. "Wetenskaplikes wat die brein en gedrag van voëls bestudeer, het tot 'n ooreengekome nomenklatuur gekom, maar ons het probeer om gemeenskaplike grond te vind oor baie spesies wat moontlik meer van mekaar verskil in terme van evolusionêre divergensie. Dit dra dus by tot die enorm die taak was die doel om ooreen te kom oor terminologie wat vir alle insekte sou 'pas' en op skaaldiere van toepassing sou wees."
"Die ontwikkeling van 'n gestandaardiseerde nomenklatuur is belangrik, want dit fasiliteer kruisbevrugting van werk wat met verskillende insekspesies gedoen word," het Gerald Rubin, vise-president en uitvoerende direkteur van die Janelia Plaasnavorsingskampus van die Howard Hughes Mediese Instituut, gesê. "Om dit saam te stel het baie werk, wetenskaplike insig en historiese kennis geverg; dit was 'n ware diens aan die veld."
