Изследователи създадоха карта на всичките 124 милиона връзки между нервните клетки в мозъка на мъжка муха. Сравнявайки я с карта на мозъка на женска муха, учените откриха различия в невронните връзки, които според тях стоят в основата на различията в поведението на мъжките. Те са свързани с агресивното поведение, ухажването и изпълнението на любовни песни, съобщи Би Би Си.
Екипът от изследователи ясно подчертава, че това проучване не може да обясни различията между мъжете и жените, тъй като човешкото поведение е много по-сложно. Изследването обаче може да помогне на учените да разберат по-добре човешкото поведение и състояния като аутизъм и шизофрения, при които генетичните различия оказват влияние върху невронните връзки в мозъка.
Професор Грегъри Джеферис от Лабораторията по молекулярна биология към Съвета за медицински изследвания в Кеймбридж, който ръководи проучването, заявява пред Би Би Си, че този пробив представлява „наистина важно ново направление в невробиологията“, като го сравнява с изобретяването на телескопа, разширило разбирането ни за Вселената.
„В главите ни се намира тази удивителна система, която ни позволява да вършим невероятни неща, като например да изпълним соната или да решим научна задача. И това откритие може да ни помогне да разберем как работят тези удивителни системи“, казва той.
Мозъкът на мухата е колкото красив, толкова и невероятен. Той е с размерите на главичка на карфица — и въпреки това в много отношения е по-ефективен от суперкомпютър и е способен да надхитри дори най-умния изкуствен интелект.
Екипът на д-р Джеферис и неговите партньори старателно анализират всяка нервна клетка, всяка невронна връзка и всяко съединение в мозъка на мъжка плодова мушица (Drosophila). След това обединяват всички тези данни в триизмерна карта. Две години по-рано същият екип създава карта на мозъка на женска муха като част от крайната си цел — да сравни двата мозъка и по този начин да направи огромна крачка напред в областта на невробиологията.
Изследването показва, че около 95% от мозъчните клетки на мъжките и женските са еднакви. Според д-р Изабела Бекет, съавтор на научната статия, публикувана тази седмица в списание Cell, останалите 5% обаче са достатъчни, за да доведат до съвсем различно поведение.
„Очаквахме да открием различия и ги открихме; изключително сме развълнувани от получените резултати“, казва тя.
На пръв поглед мозъкът на мъжките и женските мухи изглежда еднакво отвън, но внимателното изследване на невронните връзки показва на учените, че съществуват малки различия, които водят до значителни промени в поведението.
Например по време на ухажването мъжкият следи женската, докато тя се движи. Изследователите идентифицират мозъчните вериги, свързани с тази особеност, и откриват ключови различия в тяхната структура. При мъжките има допълнителни елементи, които засилват работата на зрителната система.
Още по-значителна разлика се наблюдава във веригите, свързани с агресията. Мъжките по-често влизат в схватки и затова имат много повече невронни връзки, свързани с подобно поведение, отколкото женските.
И накрая съществува и мозъчна верига, която отговаря за „любовната песен“.
Мъжките ухажват женските, като издават звуци. Те притежават уникална невронна схема, характерна само за тях, която им позволява да произвеждат тези звуци. Според съавтора на изследването д-р Филип Шлегел от Лабораторията по молекулярна биология тази схема трябва да бъде идеално балансирана, иначе последствията за нещастния мъжки могат да бъдат неприятни.
„Ухажването включва също танц на мъжкия пред женската и пеене за нея“, обяснява той. „Звукът се създава чрез вибрации на крилата, което позволява изпълнението на много специфична песен. Ако женската я хареса, тя ще му позволи да се приближи. Но ако не я хареса и в момента не е настроена за ухажване, ще го прогони, което може да се изрази дори в удар с краче по „лицето“.“
Тези три различия в невронните вериги на мъжките и женските мухи се определят от два ключови гена. Изследователите знаят за тези гени от много години, както и за връзката им с всеки от тези видове поведение. Това, което досега никога не са успявали да видят, е междинният механизъм. Сега за първи път могат да наблюдават самата схема от невронни връзки, която тези гени формират.
Основната цел на изследването не е била да се установят различията между мъжките и женските мухи, а още по-малко да се търсят неврологични обяснения за предполагаеми поведенчески различия между мъжете и жените.
Според Бекет сравнението на два мозъка, при които има малки различия в схемата на невронните връзки, свързани с известни значителни различия в поведението, позволява на учените ясно да видят принципите, чрез които промените в невронните връзки на мозъка определят поведението.
„Имате само една независима променлива - пола - и тогава можете да видите каква точно е разликата. Това е мечтата на всеки учен“, казва тя.
Тези различия позволяват на учените да направят голяма крачка напред към разбирането на един от най-важните въпроси в биологията: как гените влияят върху поведението.
От десетилетия учените знаят, че гените влияят върху поведението, но на практика не са имали ясна представа как точно се случва това. Според д-р Джеферис отговорът се крие в начина, по който гените оформят невронните връзки в мозъка и как тези връзки от своя страна влияят върху поведението.
„Сравняването на мозъците на мухите ни дава добра представа за това“, казва той пред Би Би Си. „При хората има модели на поведение, които изглежда имат силна генетична основа. Например при шизофренията - както и при множеството генни варианти, свързани с аутизма и разстройствата от аутистичния спектър - все още има много неща, които всъщност не разбираме напълно.“
Той допълва, че тези знания биха могли да бъдат използвани и за усъвършенстване на изкуствения интелект и за повишаване на ефективността на компютърните системи.
„За да създадем изкуствен интелект, който е толкова ефективен, колкото нашият мозък, вероятно ще е необходимо да черпим повече вдъхновение от биологията. И важен източник на такова вдъхновение най-вероятно ще бъдат реалните биологични схеми на връзките“, смята Джеферис. „Има хора, които вграждат мозъка на мухата в изкуствени мрежи и се опитват да разберат дали той може да помогне при обучението и управлението на изкуствени системи.“
Другите участници в изследването са от HHMI Janelia Research Campus, Drosophila Connectomics Group към Кеймбриджкия университет, Google Research и Champalimaud Foundation.
