AJUTÕMMIS VALMIS ⟩ Teadlased kaardistasid äädikakärbse iga viimsegi ajuraku ja tegid sellest tohutu mudeli

Selline näebki välja äädikakärbse aju – iga üksik neuron selles on nüüd koos ühendustega ära kirjeldatud. Teadlaste jaoks avab see täiesti uue maailma aju-uuringuteks ja eluslooduse toimimise mõistmiseks. Foto: Cambridge'i ülikool

Teaduse jaoks on nüüd olemas töötav täielik mudel äädikakärbse ajust, mida uurides saab hakata tegema põhjapanevaid avastusi selle organi tööpõhimõtte ja funktsioonide kohta. Kokku kaardistati ära 50 miljonit ühendust 140 tuhande neuroni vahel, ajutõmmis mahub ära 100 TB mahuga andmekandjale.

See on nüüd esimene kord, kui teadlased suutsid kaardistada täiskasvanud looma aju kõik neuronid.

Sellega tegelesid 287 teadlast ning 76 organisatsiooni, tulemused avaldati 2. oktoobril ajakirjas Nature ilmunud kahes teadusartiklis: «Drosophila kogu aju annotatsioon ja mitme ühendusega rakkude tüpiseerimine» ja «Täiskasvanu aju neuronaalne ühendusskeem».

Ajud on hämmastavalt keerulised neuronitevaheliste ühenduste süsteemid, selgus uuringust. Nende ühenduste kaardistamine on samas aga väga oluline samm aju töö ja ülesehituse mõistmisel. Teadlased on hiljuti saavutanud selle valdkonna kõige ambitsioonikama eesmärgi: täpse kaardi, mis hõlmab iga neuronit ja iga ühendust täiskasvanud puuviljakärbse ajus.

See teadustöö on esimene selline kaart loomaga, kes suudab liikuda ja näha ning samal ajal esimene täiskasvanud looma aju täielik kaart üldse.

Lõputud read: nii näeb välja nimekiri äädikakärbse aju ühendustest. Foto: Cambridge'i ülikool

Uurimus hõlmab iga Drosophila melanogaster'i ehk äädikakärbse aju 139 255 neuronit ja nendevahelist 50 miljonit ühendust, olles seni suurim ja detailseim omataoline.

Sarnane kaart on varem loodud sama liigi vastse jaoks, kuid vastse aju on palju väiksem, sisaldades vaid umbes 3000 neuronit.

Täiskasvanud aju peab lisaks mingitele baasfunktsioonidele töötlema ka palju rohkem infot ja käitumismustreid.

Artikli kaasautorid ütlesid Popular Science'ile, et neuroniühendused on üsna sarnased nii kärbse kui inimese ajus, mistõttu on Drosophila peaaegu ideaalne mudel aju töö uurimiseks. Loomulikult on ka erinevusi. Kokku koguti ligi 100 terabaiti andmeid, et saada täielik kaart äädikakärbse ajust. Selle kohta joonistati ka kolmemõõtmeline mudel.

Nii kärbse kui ka inimese ajus töötlevad suured neuronite võrgustikud infot, juhivad käitumist ning talletavad ja meenutavad mällu kogemusi ja nähtut.

Mõlemas ajus tulistavad neuronid elektrilaenguid ja kasutavad samu neurotransmittereid. Mõlemad ajud on massiliste ühenduvustega ning mõlemad näitavad huvitavate võrgustruktuuride märke, mida teadlased tahaksid paremini mõista.

Kuigi erinevusi on samuti palju, on teadlaste sõnul küsimus selles, kuidas organiseerida neuronite võrgustikke info töötlemiseks ja mällu talletamiseks ning hiljem andmete kättesaamiseks ehk meenutamiseks, mis tõenäoliselt toimib liikideüleselt sarnaselt. Selle mõistmine on aga siiamaani keeruline probleem ning täiskasvanud äädikakärbse aju näib olevat optimaalne kompromiss inimese aju ülima keerukuse ning samas teadlasi huvitavate põnevate omaduste vahel.

Tohutult avastamist: nii näeb välja äädikakärbse ajust eraldatud neuronivõrk, mis tegeleb nägemisega. Foto: Cambridge'i ülikool

Suhteliselt väikeses ajus tuvastati üle 8000 erineva rakutüübi. Äädikakärbse nägemissüsteemis on neuronid keskmiselt umbes 0,6 mm pikkused ja neil on umbes 270 sisendit ja 500 väljundit. Kui rääkida suuruse võrdlusest, siis imetajate neuronid on ligikaudu 10 korda suuremad kui kärbse omad.

Imetajate aju siiski erineb putukate omast ühe olulise omaduse poolest: kui meil on ajus sünapsid tavaliselt üks ühele täpselt kahe neuroni vahel, siis putukatel on tavaliselt üks paljudele, ühendades mitu erinevat neuronit. Miks see nii on, jääb teadlaste sõnul spekulatsiooniks, kuid üks võimalus on, et võib-olla püüavad putukate ajud maksimeerida ühenduvust ja seega arvutusvõimsust oma väga väikese aju suurusega.

Täiskasvanud puuviljakärbse aju kaardistamine kõigi selle neuronite ja ühendustega avab seega tohutult uusi võimalusi aju tööpõhimõtete uurimiseks. Kuigi kärbse ja inimese ajud on mitmel viisil erinevad, jagavad need ka olulisi sarnasusi neuronite ühenduste tasandil. Selliste kaartide abil saab uurida ajustruktuuride ja -funktsioonide põhimõttelisi küsimusi ning võrrelda keerulisi närvivõrgustikke liikideüleselt.