Mens en AI brengen brein van fruitvlieg volledig in kaart

De onderzoekers zien de kaart van de hersenen van een vlieg als een belangrijke eerste stap naar het voltooien van gelijkaardig werk bij grotere hersenen, bijvoorbeeld die van een muis. Het kan helpen om ons begrip van de werking van neurale circuits te vergroten, vandaag nog een blinde vlek in het hersenonderzoek.

Maar een fruitvlieg? “Vliegen kunnen allerlei ingewikkelde dingen zoals lopen, vliegen, navigeren en de mannetjes zingen voor de vrouwtjes”, verklaart Gregory Jefferis, verbonden aan het MRC Laboratorium voor Moleculaire Biologie van de Universiteit van Cambridge.

In plakjes gesneden

“Connectomen of diagrammen van de bedrading in hersenen zijn een eerste stap om te begrijpen hoe we bijvoorbeeld onze beweging besturen, de telefoon opnemen of een vriend herkennen”, zegt Jefferies, een van de auteurs van de studie in Nature.

Mala Murthy, zijn collega aan de Princeton-universiteit, hoopt dat het in de toekomst ook mogelijk wordt “om te vergelijken wat er gebeurt als er dingen misgaan in onze hersenen, bijvoorbeeld bij psychische aandoeningen”.

Een vliegenbrein is nog geen millimeter breed. De onderzoekers begonnen met een vrouwelijk brein dat in zevenduizend plakjes was gesneden, elk slechts 40 nanometer dik, die eerder waren gescand met behulp van geavanceerde elektronenmicroscopie.

Betrouwbare simulaties

Voor de analyse van meer dan 100 terabyte aan beeldgegevens (ongeveer de opslag in 100 typische laptops) om de vormen van ongeveer 140.000 neuronen en 50 miljoen verbindingen daartussen af te leiden, schakelden onderzoekers de hulp in van artificiële intelligentie. “Het in kaart brengen van het hele brein was alleen mogelijk door de vooruitgang in AI”, zegt Sebastian Seung van Princeton University.  

Maar AI maakt nog veel fouten in datasets van deze omvang. De onderzoekers van Princeton University richtten daarom het FlyWire Consortium op - dat bestaat uit teams in meer dan 76 laboratoria en 287 onderzoekers over de hele wereld, maar ook vrijwilligers - die naar schatting 33 mensjaren besteedden aan het nauwgezet proeflezen van alle gegevens.

Ze hopen dat andere onderzoekers met hun data aan de slag gaan. En dat gebeurt al. “Terwijl we aan het werk waren, zijn andere wetenschappers al begonnen met het simuleren van hoe het vliegenbrein reageert op de buitenwereld. Dit is een belangrijk begin, maar we zullen veel verschillende soorten gegevens moeten verzamelen om betrouwbare simulaties te maken van hoe een brein functioneert”, besluit Jefferies.