باحثون يرسمون 20 مليون نقطة ربط بخريطة 3D لدماغ ذبابة الفاكهة × 200 ألف ساعة

قام مشروع مشترك بين علماء Google والباحثين فىJanella Research Campus فى فرجينيا، بإنشاء خريطة ثلاثية الأبعاد عالية الدقة لدماغ ذبابة الفاكهة، وهو النموذج ثلاثى الأبعاد الأكثر تفصيلًا للدماغ الذى تم إنشاؤه حتى الآن. تحتوى الخريطة على حوالى 25.000 من الخلايا العصبية لذبابة الفاكهة وتتتبع 20 مليون مشابك ربط للأجزاء المختلفة من الدماغ، بما فى ذلك المناطق الشمية والبصرية والعالية المستوى والمركزية المركزية، وفى حين أن ذبابة الفاكهة لها أدمغة صغيرة تقريبًا بحجم حبة الخشخاش، فإنها تتصرف بطرق تشير إلى ذكاء كبير. وتشمل هذه السلوكيات رقصات الخطوبة المعقدة والميل للتحقيق فى المخاطر مثل المواد الكيميائية السامة قبل اختيار الانتقال إلى مواقع جديدة، وفى المجموع، تحتوى ذبابة الفاكهة على حوالى 100.000 خلية عصبية، أى نفس مقدار سرطان البحر، ولكن أقل من صرصور الذى يحتوى على حوالى مليون، وأقل بكثير من الدماغ البشرى الذى يضم حوالى 86 مليار خلية عصبية، وذلك وفقًا لما نشرته صحيفة "ديلى ميل" البريطانية. سبق للباحثين أن ابتكروا نموذج كمبيوتر لعقل ذبابة الفاكهة من خلال تحليل سلسلة من الصور المجهرية، لكن هذه هى المرة الأولى التى يتم فيها بناء خريطة من بيانات ثلاثية الأبعاد حقيقية، ولإنجاز هذا العمل الفذ، قام الباحثون بتقطيع دماغ ذبابة الفاكهة إلى قطع رفيعة مستعرضة يبلغ سمكها 20 ميكرون، أو ثلث عرض شعرة الإنسان، ثم قصفوا الشرائح بتيارات الإلكترونات وقاسوا كيف تحركت الإلكترونات أثناء اصطدامها بسطح شريحة الدماغ، ثم تُرجمت تلك البيانات إلى نموذج ثلاثى الأبعاد باستخدام عارض voxel. بنيت معالجة الرسومات التقليدية حول 2D بيكسل، والتى يمكن ترتيبها مثل النقاط على قطعة قماش الإبرة لمحاكاة العمق والمنظور، ومع تجسيدvoxel ، يكون كل بيكسل منفرد مكافئًا لجسيم ثلاثى الأبعاد كامل، يشبه إلى حد ما نقطة أشبه بمجموعة صغيرة من الطين، والتى يمكن تشكيلها بدقة فى أشكال ثلاثية الأبعاد دقيقة ومفصلة للغاية. وقضى الفريق حوالى عامين فى تحليل بيانات فوكسل، أو حوالى 200.000 ساعة، وقضى معظم الوقت فى استخدام سماعات الواقع الافتراضى لمضاعفة التحقق من دقة المسارات العصبية، وهى عملية أطلق عليها الفريق "تصحيح التجارب المطبعية"، فى حين أن الخريطة ثلاثية الأبعاد النهائية لا تزال مجرد ربع دماغ ذبابة الفاكهة الكامل، وهو ما يسميه الباحثون نصف الكرة، فهى لا تزال الخريطة الأكثر تفصيلاً لعقل شكل حياة ذكى حتى الآن. فى السابق، كان هذا التمييز يحمل خريطة لدماغ الدودة (Caenorhabditis elegans) ، حيث تم تخطيط 300 خلية عصبية و7500 نقطة متشابكة باستخدام طريقة مجهرية إلكترونية مماثلة، وانتقد بعض العلماء ممارسة رسم خرائط الدماغ، والتى تسمىconnectome ، لأنها تتطلب وقتًا طويلاً وموارد كثيرة وليس لديها أى تطبيقات واضحة أو فورية. وقال مارك همفريز، عالم الأعصاب بجامعة نوتنجهام، لـThe Verge""، إن إعادة التعمير هى بلا شك أعجوبة فنية، ورغم أنه لن يجيب فى حد ذاته على الأسئلة العلمية الملحة، لكنه قد يلقى بعض الألغاز المثيرة للاهتمام، مضيفًا "بالنسبة للآخرين، فإن القدرة على فحص أسرار الدماغ بتفاصيل جديدة ستخلق الأساس لتحقيق اختراقات فى المستقبل". وقال جوشوا فوجلستين، منOpen Connectome Project ، لـ"The Verge"، "الفترة الزمنية بين التكنولوجيا الجيدة التى يتم زرعها، والقيام بالعلوم الفعلية باستخدام هذه التكنولوجيا غالباً ما تكون حوالى 15 عامًا"، مضيفًا "الآن وبعد مرور 15 عامًا يمكننا أن نبدأ بالعلم".