رسم خريطة لدماغ ذبابة الفاكهة: إنجاز جديد في علم الأعصاب

لقد قدم دماغ ذبابة الفاكهة، على الرغم من أنه بعيد كل البعد عن كونه الأكثر تطوراً في مملكة الحيوان، للعلماء فرصة غير مسبوقة لمعرفة المزيد عن كيفية عمل الدماغ. فقد كشف الباحثون الآن عن الخريطة الأكثر تفصيلاً، أو "الشبكة العصبية"، التي تم إنشاؤها على الإطلاق لدماغ الكائن الحي - على وجه التحديد، دماغ أنثى ذبابة الفاكهة (ذبابة الفاكهة يقدم هذا العمل الرائد، الذي قاده اتحاد من العلماء من مشروع FlyWire، نافذة جديدة على شبكة معقدة من الخلايا العصبية والمشابك التي تشكل اللبنات الأساسية للإدراك والسلوك.

إنجاز هائل في رسم خرائط الدماغ
إن خريطة ذبابة الفاكهة هي إنجاز مذهل، حيث تحتوي على ما يقرب من 140 ألف خلية عصبية وأكثر من 54.5 مليون مشبك عصبي، أو وصلات بين الخلايا العصبية. وهي الخريطة الأكثر شمولاً لدماغ أي كائن حي حتى الآن. وقد ظل المشروع، الذي قاده علماء الأعصاب مالا مورثي وسيباستيان سيونج من جامعة برينستون، قيد التطوير لأكثر من أربع سنوات ويمثل خطوة مهمة إلى الأمام في فهمنا للهندسة العصبية.
ووصف كلاي ريد، عالم الأعصاب في معهد ألين لعلوم الدماغ، هذا الإنجاز بأنه "إنجاز ضخم". والواقع أن المجتمع العلمي كان ينتظر بفارغ الصبر هذا المستوى من التفاصيل لسنوات، لأنه يوفر منصة جديدة لدراسة كيفية معالجة الدماغ للمعلومات وتنسيق السلوك.

الطريق الطويل إلى الكونكتوم
لم يكن إنشاء مخططات الخلايا العصبية لدماغ ذبابة الفاكهة بالمهمة السهلة. فقد استخدم الباحثون صور المجهر الإلكتروني لشرائح رقيقة من دماغ الذبابة، وربطوا كميات هائلة من البيانات بمساعدة الذكاء الاصطناعي. ومع ذلك، لم تكن أدوات الذكاء الاصطناعي وحدها كافية - فقد كان التدقيق البشري مطلوبًا لضمان الدقة، مما أدى إلى أكثر من ثلاثة ملايين تعديل يدوي. في الواقع، كان هناك الكثير من العمل المطلوب لدرجة أن المشروع استدعى متطوعين، وخاصة أثناء جائحة كوفيد-19، عندما وجد العديد من الباحثين في مجال الذباب أنفسهم يعملون عن بُعد.
وبمجرد تجميع البيانات وتصحيحها، واجه الفريق مهمة شاقة أخرى:تعليق توضيحي. وقد تضمنت هذه العملية تحديد كل خلية عصبية وتصنيفها، تماماً مثل تسمية الأشياء في صورة القمر الصناعي. ومن خلال هذا الجهد المضني، تمكن الباحثون من تحديد 8453 نوعاً من الخلايا العصبية ــ وهو عدد أكبر كثيراً مما كان متوقعاً. ومن بين هذه الخلايا، كان 4581 نوعاً غير معروف من قبل، الأمر الذي خلق ثروة من إمكانيات البحث الجديدة. وعلق سونغ قائلاً: "كل نوع من هذه الخلايا يشكل سؤالاً"، مؤكداً على النطاق الواسع للتحقيقات المستقبلية.

اتصالات ورؤى مدهشة
ومن بين أكثر الاكتشافات المذهلة التي توصل إليها فريق "فلاي واير" هو مدى الترابط بين أجزاء الدماغ. فقد فوجئ الباحثون عندما اكتشفوا أن الخلايا العصبية التي كان يُعتقد في السابق أنها تشارك في دوائر حسية مفردة، مثل الرؤية، كانت تتلقى أيضاً مدخلات من حواس أخرى، مثل السمع واللمس. ولاحظ مورثي أن "الترابط بين أجزاء الدماغ أمر مذهل".
كانت خريطة FlyWire متاحة بالفعل منذ عدة سنوات، مما يسمح للباحثين باستكشاف البيانات وتوليد رؤى جديدة. على سبيل المثال، تضمنت إحدى الدراسات التي رافقت إصدار مخطط الشبكة العصبية إنشاء مخطط شبكة عصبية.نموذج افتراضي لدماغ ذبابة الفاكهة قام هذا النموذج بمحاكاة دقيقة لكيفية استجابة الخلايا العصبية للمحفزات، مثل المذاق الحلو أو المر، وكيف تؤدي هذه الإشارات إلى سلوكيات مثل مد خرطوم التغذية. تم تأكيد دقة النموذج من خلال التجارب في العالم الحقيقي، مما يدل على إمكانات علم الاتصالات العصبية للتنبؤ بالسلوك وتفسيره بدقة تزيد عن 90٪.
وفي دراسة أخرى، حدد الباحثون دائرتين محددتين تتحكمان في قدرة الذبابة على التوقف عن المشي. وتعمل إحدى الدائرتين على إيقاف إشارات "المشي" عندما تتوقف الذبابة عن تناول الطعام، في حين تعمل دائرة أخرى على خلق مقاومة في مفاصل أرجل الذبابة للسماح لها بالتوقف وتنظيف نفسها. وتسلط هذه النتائج الضوء على مستوى الدقة الذي أصبح من الممكن تحقيقه الآن في فهم أنظمة التحكم العصبية لدى الذبابة.

خطوة نحو فهم تعقيد الدماغ
وعلى الرغم من الطبيعة الرائدة لخريطة FlyWire، إلا أن هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به. فقد تم إنشاء الخريطة من ذبابة أنثى واحدة، وفي حين أن أدمغة ذبابة الفاكهة متشابهة بشكل عام، إلا أنها ليست متطابقة. على سبيل المثال، عند مقارنتها بـ "نصف الدماغ" الذي تم رسمه سابقًا لذبابة فاكهة أخرى، كشف المخطط الجديد عن ضعف عدد الخلايا العصبية في جسم الفطر، وهو بنية دماغية مرتبطة بالرائحة. وقد ينبع هذا الاختلاف من عوامل النمو، مثل ما إذا كانت ذبابة نصف الدماغ قد حصلت على قدر كافٍ من التغذية أثناء نموها.
بالإضافة إلى ذلك، تقوم شبكة FlyWire فقط بربطالمشابك الكيميائية ولكن هذه الثغرات لا تأخذ بعين الاعتبار المواقع التي تنقل فيها النواقل العصبية الإشارات بين الخلايا العصبية، ولكنها لا تأخذ في الاعتبار الاتصال الكهربائي أو غيره من أشكال الاتصال بين الخلايا العصبية. وتشير هذه الفجوات إلى اتجاهات مستقبلية للبحوث، بما في ذلك رسم خرائط لأدمغة ذكور الذباب لدراسة السلوكيات الفريدة للذكور، مثل الغناء أثناء المغازلة.
الطريق إلى الأمام
ورغم أن خريطة FlyWire ليست الكلمة الأخيرة في ما يتصل بدماغ ذبابة الفاكهة، فإنها تشكل إنجازاً بالغ الأهمية. فمن خلال إنشاء هذه الخريطة التفصيلية، فتح العلماء فرصاً جديدة لدراسة وظائف المخ والسلوك والأساس العصبي لاتخاذ القرار بتفصيل أكبر من أي وقت مضى. ومع استمرار البحث، قد تسلط المعلومات المستقاة من دماغ هذه الحشرة الصغيرة الضوء على المبادئ الأساسية للشبكات العصبية، مما يساعد العلماء على التعامل مع الكائنات الحية الأكبر حجماً والأكثر تعقيداً، بما في ذلك البشر.
وعلى حد تعبير المؤلف المشارك دافي بوك، "لم ننته بعد، ولكنها خطوة كبيرة". وقد تمهد هذه الخطوة الطريق أمام تحقيق اختراقات مستقبلية في علم الأعصاب، مما يوفر فهماً أكثر وضوحاً لكيفية عمل الدماغ وكيف تؤدي شبكته المعقدة من الخلايا العصبية إلى ظهور السلوك.