Unser Gehirn steuert, wie wir uns verhalten. Möglich machen dies die zahlreichen Neuronen im Gehirn, die auf komplexe Weise miteinander verbunden und verschaltet sind. Um zu verstehen, wie das Gehirn funktioniert, muss man daher die Verbindungen zwischen den Gehirnzellen kennen. Forscher bemühen sich seit langem um eine neuronale Karte, auf der diese Schaltkreise detailliert verzeichnet sind.
Drosophila als Modell
Als Ausgangspunkt verwenden Neurowissenschaftler dabei unter anderem die Fruchtfliege (Drosophila melanogaster). Das Fliegengehirn enthält zwar etwa eine Million Mal weniger Neuronen als das menschliche Gehirn. Die Fruchtfliege zeigt aber bereits eine Reihe komplexer Verhaltensweisen, vom Fliegen und Navigieren bis hin zu sozialen Interaktionen. Zudem sind 60 Prozent der menschlichen DNA mit der von Fruchtfliegen identisch und drei von vier genetischen Krankheiten des Menschen gibt es auch bei Fruchtfliegen. Daher sind die Tiere als Modellorganismus prädestiniert. Bislang gelang es jedoch nur, unvollständige Karten des Fliegengehirns zu erstellen.
Ein Forschungsteam des „FlyWire Consortiums“ um Sven Dorkenwald von der Princeton University hat nun erstmals eine vollständige Karte für das gesamte Gehirn angefertigt. Dafür schnitten die Forschenden das winzige Gehirn einer weiblichen Fruchtfliege in 7000 dünne Scheiben und fertigten mit Elektronenmikroskopen hochaufgelöste Bilder an. Das Team aus Neurowissenschaftlern und professionellen Tracern kartierte anhand von diesen 21 Millionen Bildern dann akribisch die Positionen und Verbindungen jeder einzelnen Gehirnzelle. Mithilfe einer KI wurde aus diesem Datenberg eine 3D-Karte, die die Wissenschaftler sorgfältig prüften.
Vollständiger Schaltplan des Fliegengehirns
Auf dem fertigen Schaltplan, auch Konnektom genannt, sind nun alle 139.255 Neuronen und 54,5 Millionen Synapsen der Fliege verzeichnet. Das sind rund sieben Mal mehr Neuronen und fast vier Mal mehr Schaltstellen als bei der Hirnkarte, die zuvor als die umfassendste galt. „Das ist ein großer Erfolg“, sagt Seniorautorin Mala Murthy von der Princeton University. „Es gibt kein anderes vollständiges Hirnkonnektom für ein erwachsenes Tier dieser Komplexität.” In einem zweiten Schritt haben die Neurowissenschaftler diese Gehirnkarte zudem beschriftet und mit detaillierten Anmerkungen zu den einzelnen Zellen und Schaltkreisen versehen. Das Fliegenhirn umfasst demnach mehr als 8.400 verschiedene Zelltypen, von denen 4.581 zuvor unbekannt waren. Diese liegen in Hirnregionen, die auf den früheren Karten nicht verzeichnet waren.
