Forscher verstehen die Struktur von Gehirnen und haben sie bis ins kleinste Detail kartiert, aber sie wissen immer noch nicht genau, wie sie Daten verarbeiten – dafür wird eine detaillierte „Schaltkarte“ des Gehirns benötigt.
Jetzt haben Wissenschaftler eine solche Karte für das bisher fortschrittlichste Lebewesen erstellt: eine Fruchtfliegenlarve. Es wird als Konnektom bezeichnet und stellt die 3016 Neuronen und 548.000 Synapsen des Insekts dar. Nachrichten aus den Neurowissenschaften hat sich gemeldet. Die Karte wird Forschern dabei helfen, besser zu verstehen, wie das Gehirn von Insekten und Tieren Verhalten, Lernen, Körperfunktionen und mehr steuert. Die Arbeit könnte sogar zu verbesserten KI-Netzwerken führen.
„Bis zu diesem Zeitpunkt haben wir die Struktur von keinem Gehirn gesehen, außer dem Spulwurm C. elegans, der Kaulquappe eines niedrigen Akkordaten und der Larve eines marinen Ringelwurms, die alle mehrere hundert Neuronen haben“, sagte Professor Marta Zlatic vom MRC Laboratory of Molecular Biology. „Das bedeutet, dass die Neurowissenschaften bisher größtenteils ohne Schaltkreiskarten gearbeitet haben. Ohne die Struktur eines Gehirns zu kennen, raten wir, wie Berechnungen implementiert werden. Aber jetzt können wir damit beginnen, ein mechanistisches Verständnis davon zu erlangen, wie das Gehirn funktioniert.“
Um die Karte zu erstellen, scannte das Team Tausende von Schnitten aus dem Gehirn der Larve mit einem Elektronenmikroskop, integrierte diese dann in eine detaillierte Karte und kommentierte alle neuralen Verbindungen. Von dort aus verwendeten sie Computerwerkzeuge, um wahrscheinliche Informationsflusswege und Arten von „Schaltungsmotiven“ im Gehirn des Insekts zu identifizieren. Sie stellten sogar fest, dass einige strukturelle Merkmale der hochmodernen Deep-Learning-Architektur sehr ähnlich waren.
Wissenschaftler haben detaillierte Karten des Gehirns einer Fruchtfliege erstellt, die weitaus komplexer ist als die Larve einer Fruchtfliege. Diese Karten enthalten jedoch nicht alle detaillierten Verbindungen, die für eine echte Schaltkreiskarte ihres Gehirns erforderlich sind.
Als nächsten Schritt wird das Team die Strukturen untersuchen, die für Verhaltensfunktionen wie Lernen und Entscheidungsfindung verwendet werden, und die Connectome-Aktivität untersuchen, während das Insekt bestimmte Aktivitäten ausführt. Und während eine Fruchtfliegenlarve ein einfaches Insekt ist, erwarten die Forscher ähnliche Muster bei anderen Tieren. „So wie Gene im gesamten Tierreich konserviert werden, denke ich, dass auch die grundlegenden Schaltungsmotive, die diese grundlegenden Verhaltensweisen implementieren, konserviert werden“, sagte Zlatic.