Das neuronale Netzwerk des Gehirns einer Fliege vollständig kartiert

Seit mehreren Jahren arbeitet ein internationales Forscherkonsortium, FlyWire, an der hochpräzisen Kartierung des Gehirns einer Essigfliege. Nicht größer als ein Sandkorn, das Gehirn eines Drosophila melanogaster Erwachsene enthalten 139.255 Neuronen und 54,5 Millionen Synapsen. Die Leistungsfähigkeit dieser Forschung, die am 2. Oktober zur Veröffentlichung von rund zehn Artikeln führte Naturbesteht darin, die Verbindungen und Netzwerke zu identifizieren, aus denen es besteht was sie das „Connectome“ nannten.

Es war zunächst notwendig, dieses „Sandkorn“ in siebentausend Scheiben zu schneiden, die ersten von Hand zu untersuchen, dann eine künstliche Intelligenz mit der Weiterarbeit zu beauftragen und dann menschliche Korrekturen vorzunehmen. Teams der Universitäten Princeton (New Jersey) und Cambridge (Massachusetts) haben daher Klassen von Neuronen und Zelltypen nach ihren Verbindungen und Funktionen annotiert. Sie identifizierten mehr als achttausend Zelltypen. Ein unerwartetes Ergebnis.

Das FlyWire-Konsortium, das insbesondere von amerikanischen Forschungsinstituten unterstützt wird, wird auch von Google und Amazon finanziert, deren Teams für diese gigantische Arbeit herangezogen wurden. Der bisherige Präzisionsrekord für die neuronale Verkabelung im Gehirn einer Fliege lag bei etwa zwanzigtausend Neuronen und vierzehn Millionen Synapsen auf einem Teil der grauen Substanz.

All diese Arbeiten ermöglichen die Untersuchung, wie Gehirnfunktionen durch die Struktur der Gehirnschaltkreise bestimmt werden, was eine wertvolle Ressource für die neurowissenschaftliche Forschung darstellt. Denn das Gehirn der Fliege gilt als interessantes Modell, während dieses kleine Tier zu anspruchsvollen Verhaltensweisen wie Gehen und Fliegen, Lernen, Gedächtnis, Navigation und sogar sozialen Interaktionen fähig ist.

Forschung vorantreiben

Dieser Tauchgang in den Schaltschrank des Gehirns brachte einige Überraschungen im Wirrwarr der Verbindungen zum Vorschein. Es wurde beispielsweise festgestellt, dass Neuronen, von denen bekannt ist, dass sie an der Verkabelung eines Sinnes, etwa des Sehens, beteiligt sind, auch dazu verdrahtet sind, Signale von anderen Schaltkreisen, etwa dem Hören oder dem Tastsinn, zu empfangen.

Die Untersuchung eines solchen Konnektoms soll helfen zu verstehen, welche Folgen Funktionsstörungen in den Schaltkreisen eines Gehirns haben können. Ein besseres Verständnis dieser Mechanismen könnte auch die Forschung zur Behandlung neurologischer Erkrankungen voranbringen.

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