Janelias forskare och medarbetare har nått ytterligare en milstolpe inom connectomics, genom att avslöja ett omfattande kopplingsschema över fruktflugans visuella system. Verket har släppts på pre-print-servern bioRxiv .
Optiklobskonnektorn ger en karta över de mer än 50 000 neuroner som bildar fruktflugans visuella system, vilket ger forskarna den fullständigaste bilden hittills av en av de mest spännande och viktiga delarna av nervsystemet.
Liksom människor och andra djur förlitar sig flugor på sin vision för att utföra beteenden som är nödvändiga för överlevnad. De optiska loberna, som utgör halva flugans hjärna och ansluter till dess ögon, tar emot och bearbetar visuell information. De gör det möjligt för den lilla insekten att se ett hotande rovdjur, flyga till en mogen banan eller gå mot en potentiell partner.
I decennier har forskare slängt iväg med att kartlägga små regioner av den optiska loben, men dessa ansträngningar gav insikt i endast diskreta områden, vilket lämnade forskare att spekulera om hur hela systemet fungerade tillsammans.
Nu ger den optiska lobens konnektor en omfattande karta över de tusentals celler som utgör det visuella systemet och miljontals kopplingar mellan dem. Datan gör det möjligt för forskare att svara på många tidigare obesvarade frågor och generera dussintals nya.
Insikter från fruktflugans visuella system kan öka kunskapen om de grundläggande principerna för hur syn fungerar och hjälpa forskare att förstå mer komplexa visuella system, som människors.
"Om du bara har bitarna saknar du den stora bilden, bokstavligen, och därför är tanken här att leverera ett komplett visuellt system", säger Janelia Senior Group Leader Michael Reiser, som hjälpte till att leda projektet. "Det finns inget enskilt experiment vi skulle kunna göra just nu som skulle ge oss ett svar snabbare än konnektiv analys."
Optiklobsanslutningen är en del av en större satsning från Janelia FlyEM Project Team för att kartlägga hela fruktflugans nervsystem som, när det är färdigt, kommer att inkludera den nyligen släppta optiska loben tillsammans med resten av flughjärnan och den ventrala nervkorden.
Medan Janelia-forskare och medarbetare har kartlagt några av dessa delar av nervsystemet separat – inklusive hemibrainet som släpptes 2020 och nervsträngen som släpptes förra året – kommer det kommande connectomet att vara den första kartan över hela nervsystemet hos en enda fluga. Den optiska loben är "den stora toppen av detta isberg."
"Det här är en mycket speciell hjärna eftersom förmodligen ingen på planeten - och absolut ingen på Janelia - framgångsrikt har avbildat ett helt nervsystem som inkluderar huvudhjärnan och den ventrala nervkorden i samma volym som är av tillräcklig kvalitet för att ansluta dem", säger Stuart Berg, projektforskare i FlyEM Project Team och främsta mjukvaruingenjör.
Insatsen möjliggörs av Janelias FlyEM Project Team, som har utvecklat och finslipat en process för att generera högkvalitativa kopplingar. Teamet använder högupplöst fokuserad scanningelektronmikroskopi av jonbönor för att avbilda proverna, kraftfulla datorer och algoritmer för att samla in och analysera data, och ett team av experter för att korrekturläsa och märka neuronerna och deras anslutningar.
Att kartlägga hela nervsystemet hos en enda fluga kommer att göra det möjligt för forskare att se samband mellan alla delar av systemet som samverkar för att möjliggöra flugans beteenden, vilket ger forskare en aldrig tidigare skådad inblick i hur flughjärnan fungerar och potentiell insikt i hur den mänskliga hjärnan fungerar .
"Vi har gång på gång lärt oss att det finns ett riktigt bra värde i att göra datauppsättningar av superhög kvalitet som faktiskt inte svarar på en specifik fråga, men som kan hjälpa dig att svara på tusen frågor", säger Reiser.
Mer information: Aljoscha Nern et al, Connectome-driven neural inventering av ett komplett visuellt system, bioRxiv (2024). DOI:10.1101/2024.04.16.589741
Journalinformation: bioRxiv
Tillhandahålls av Howard Hughes Medical Institute
