Insectenbrein nu ongekend gedetailleerd in kaart gebracht
In meer dan 12 jaar hebben onderzoekers het meest gedetailleerde en complexe zenuwmodel van een heel brein ooit in kaart gebracht.
De onderzoekers deden er een dag over om één zenuwcel in het brein van een fruitvlieglarve te fotograferen.
Ze kunnen 4 tot 5 millimeter lang worden en hun brein is kleiner dan een maanzaadje.
Ondanks hun geringe grootte worden fruitvliegjes en hun larven vaak ingezet in laboratoria vanwege hun complexe, maar compacte hersenen en hun biologische gelijkenissen met de mens.
Nu is een team Britse, Amerikaanse en Duitse onderzoekers erin geslaagd om in het meest complete model ooit een volledig overzicht van elke zenuwcel en verbinding in de hersenen van een fruitvlieglarve te maken.
De kaart van de hersenen van de fruitvlieglarve bestaat uit maar liefst 3016 zenuwcellen en 548.000 verbindingen tussen zenuwcellen, ook wel synapsen genoemd.
In de jaren 1970 werd voor het eerst een poging gedaan een heel dierenbrein in kaart te brengen, en onderzoekers spendeerden destijds 14 jaar aan een gedeeltelijke neuronenkaart van een rondworm, waarvoor ze zelfs de Nobelprijs wonnen.
Sindsdien hebben anderen gedeeltelijke overzichten gemaakt van de verbindingen in de hersenen van vliegen, muizen en zelfs mensen. Maar de modellen beslaan meestal slechts een fractie van het orgaan.
Van slechts drie organismen zijn eerder alle hersenverbindingen in kaart gebracht: een zee-egel in het larvale stadium en twee verschillende wormen. En zij hadden slechts een paar honderd zenuwcellen.
In de nieuwe studie wilden de onderzoekers van de Johns Hopkins University een geavanceerder brein onderzoeken en begrijpen, dat hanteerbaar was qua omvang, maar ook in staat was om complexe taken uit te voeren, zoals het afwegen van risico’s.
Zo worden fruitvliegjes geboren
Na de paring legt de vrouwtjesvlieg tot 400 eitjes in kleine clusters, bijvoorbeeld op rot fruit.
Na 15-24 uur komen kleine larven uit de eitjes.
De larven groeien en vervellen twee keer in de twee dagen daarop.
De grote larven hebben twee tot drie dagen nodig om zich vol te eten.
De larven verpoppen zich en ontwikkelen zich in 3,5 tot 4,5 dagen tot een volwassen vlieg.
Ongeveer tien dagen nadat het fruitvliegje uit het ei komt is het al klaar om te paren.
Het lukte ze om de verschillende hersencellen en de verbindingen te identificeren en de interactie tussen de twee hersenhelften te begrijpen. Maar dat was behoorlijk ingewikkeld.
De onderzoekers deden er meer dan tien jaar over om het brein van de fruitvlieglarve in duizenden stukjes te snijden en elk weefselmonster te fotograferen met een elektronenmicroscoop, om vervolgens het hele brein weer in elkaar te zetten.
De onderzoekers moesten de kleine hersenen in duizenden plakjes snijden en elk weefselmonster fotograferen met een elektronenmicroscoop.
Elk plakje werd vervolgens zenuwcel voor zenuwcel weer in elkaar gezet, totdat de onderzoekers een complete kaart kregen van het hele brein van de fruitvlieglarve – een taak die meer dan tien jaar in beslag nam.
Een muizenbrein is waarschijnlijk zo’n miljoen keer groter dan een fruitvliegbrein, wat ook betekent dat we nog ver verwijderd zijn van het in kaart brengen van iets dat enigszins lijkt op een menselijk brein – als we dat überhaupt nog meemaken.
De onderzoekers zelf menen echter dat het insectenbrein een mijlpaal is voor ons begrip van hoe informatie door zenuwcellen stroomt en in acties resulteert. Maar ook hoe ziekten als alzheimer of parkinson deze verbindingen kunnen aantasten.
‘Nu hebben we een referentiebrein,’ zegt Marta Zlatic, neuroloog aan de universiteit van Cambridge en een van de onderzoekers achter de studie, tegen Nature News.