Voor het eerst weten we hoe het complete brein van een fruitvlieglarve eruitziet

Vele malen kleiner, maar in essentie vergelijkbaar met een mensenbrein. Dat is de conclusie nu wetenschappers de hersenen van een fruitvlieglarve volledig in kaart hebben gebracht. Het kan ons veel leren over hoe een brein werkt, verwachten ze.

Het beestje meet van kop tot achterste pakweg een millimeter, maar in die kop gaat heel wat om. Hoe dat eruitziet toonden wetenschappers van de Johns Hopkins universiteit en de universiteit van Cambridge deze week in een artikel in het blad Science. Na jaren van monnikenwerk presenteerden zij het complete brein van een fruitvlieglarve.

Ver verwijderd als de fruitvlieg misschien van onze eigen soort is, de structuur van de hersenen is opmerkelijk vergelijkbaar, stellen de onderzoekers. Het draait allemaal om zenuwcellen of neuronen, die met elkaar communiceren via zogenoemde synapsen. Dit kan ons helpen het ‘mechanisme van denken’ te begrijpen, stelt Joshua T. Vogelstein van de Johns Hopkins universiteit, een van de auteurs. “Weten hoe neuronen met elkaar in contact staan is de sleutel daartoe.”

De onderzoekers hadden ‘slechts’ twaalf jaar nodig

De kaart van Vogelstein en consorten toont een compleet connectoom, een soort landkaart van hoe de neuronenverbindingen in een brein lopen. Dat is voor een babyfruitvlieg nog vrij eenvoudig, de onderzoekers hadden ‘slechts’ twaalf jaar nodig om de kaart compleet te krijgen. Het is er een met 3016 neuronen, die onderling 548.000 verbindingen maken.

De kaart is gemaakt met een electronenmicroscoop die hen in staat stelde om afbeeldingen te maken op nanometerschaal – dat is een miljoenste van een millimeter. Zo werd ieder van de 3016 neuronen op de foto gezet en vervolgens de puzzel gelegd.

Een muis is de volgende stap

Vogelstein verwacht dat een compleet connectoom van een muis de volgende stap is, al zijn de uitdagingen immens. De hersenen van een muis zijn volgens hun schattingen ongeveer een miljoen keer groter dan die van de fruitvlieg. Mensenbreinen zijn nog wel een paar ordes van grootte gecompliceerder dan dat. De gangbare schatting is 100 miljard neuronen, met één biljard verbindingen.

Ondanks de relatieve bescheidenheid van het fruitvliegbrein zagen de onderzoekers een fascinerende rijkdom aan mogelijkheden. Het brein blijkt vooral geoptimaliseerd voor leren, de drukste delen van het brein waren die bij het leercentrum. Daarnaast waren er tal van efficiënte trucjes waardoor hetzelfde deel van het brein kon worden gebruikt voor verschillende berekeningen, afhankelijk van de taak die de fruitvlieg zichzelf stelt. Dat kon weleens van pas komen in de verdere ontwikkeling van kunstmatige intelligenties, stellen de auteurs.

Volgens hen is de fruitvlieglarve een goed modelbrein om als referentie te gebruiken als de techniek voortschrijdt en ingewikkelder dieren kunnen worden bestudeerd. En nu al kan hun kaart, en het model dat erbij hoort, worden gebruikt om hypotheses te testen over hoe specifieke neuronen werken en wat hun functie is.

Lees ook:

Hersenonderzoek biedt hoop voor mensen die niets (meer) kunnen ruiken

Zelfs bij mensen die door een aangeboren afwijking nooit iets hebben kunnen ruiken, komt het geursignaal door in de hersenen. Elbrich Postma zag het bij patiënten die ze in de MRI-scanner legde.

Nijmegen krijgt de scherpste MRI-scanner ter wereld

In Nijmegen komt de scherpste MRI-scanner ter wereld te staan. Daarmee zijn gedetailleerdere beelden te maken. Die geven wetenschappers een beter beeld van de processen die zich afspelen in de hersenen en in andere delen van het lichaam.