Erste vollständige Gehirnkarte von Insekten fertiggestellt

Ein internationales Team unter der Leitung der Johns Hopkins University in den USA und der University of Cambridge im Vereinigten Königreich hat die bislang fortschrittlichste Karte des Insektenhirns fertiggestellt und damit erstmals sämtliche neuronalen Verbindungen im Gehirn einer Fruchtfliegenlarve dargestellt. Dies ist ein Meilenstein auf dem Gebiet der Neurowissenschaften, der Wissenschaftler einem wahren Verständnis der Denkmechanismen näher bringt, die zukünftige Hirnforschung unterstützt und zu neuen Architekturen für maschinelles Lernen inspiriert. Die Forschungsergebnisse wurden am 9. in der Zeitschrift Science veröffentlicht.

Ein vollständiger Satz von Neuronen im Gehirn eines Insekts, rekonstruiert mithilfe von Elektronenmikroskopie mit synaptischer Auflösung. Bildquelle: Johns Hopkins University/Cambridge University

Seit den 1970er Jahren wird mit der Kartierung des Gehirns begonnen, wobei Spulwürmer als erste Versuchsobjekte dienten. Schließlich gelang es ihnen, eine Teilkarte zu erstellen und dafür den Nobelpreis zu gewinnen. Seitdem wurden Teile des Konnektoms in vielen Systemen kartiert, darunter bei Fruchtfliegen, Mäusen und sogar Menschen. Allerdings stellen diese Rekonstruktionen typischerweise nur einen kleinen Teil des gesamten Gehirns dar, und umfassende Konnektome wurden bisher nur für einige kleine Arten mit einigen hundert bis einigen tausend Neuronen in ihrem Körper erstellt, wie etwa für Spulwürmer, Seescheidenlarven und Larven mariner Ringelwürmer.

Das vom Forschungsteam erstellte Konnektom der Larven der Fliege Drosophila melanogaster ist die bislang vollständigste und umfangreichste Karte des gesamten Insektenhirns. Es besteht aus 3.016 Neuronen und 548.000 Verbindungen zwischen ihnen.

Ein Diagramm, das die Konnektivität darstellt, wobei Neuronen als Punkte dargestellt werden und Neuronen mit ähnlicherer Konnektivität näher beieinander liegen. Linien stellen Verbindungen zwischen Neuronen dar. Der Rand der Abbildung zeigt ein Beispiel für die neuronale Morphologie. Bildquelle: Johns Hopkins University/Cambridge University

Das Forschungsteam hat sich bewusst für die Larven der Fruchtfliege entschieden, da diese Insektenart viele grundlegende biologische Merkmale mit dem Menschen teilt. Gleichzeitig verfügt er über ausgeprägte Lern- und Entscheidungsfähigkeiten, was ihn zu einem der nützlichsten Modellorganismen in der Neurowissenschaft macht. Aus praktischen Gründen können Forscher auch das relativ kompakte Gehirn des Tieres abbilden und seine Schaltkreise innerhalb eines angemessenen Zeitrahmens rekonstruieren.

Quelle: Science and Technology Daily