Επιστήμονες συνέκριναν για πρώτη φορά σε τόσο λεπτομερές επίπεδο τους εγκεφάλους αρσενικών και θηλυκών μυγών, εντοπίζοντας διαφορές που, όπως λένε, εξηγούν την αρσενική επιθετικότητα, το φλερτ και το «τραγούδι» αγάπης.
Η ομάδα στο Cambridge χαρτογράφησε και τις 124 εκατομμύρια συνδέσεις νευρικών κυττάρων στον εγκέφαλο αρσενικής μύγας, έχοντας κάνει το ίδιο για θηλυκή μύγα πριν από δύο χρόνια.
Οι ερευνητές ξεκαθαρίζουν ότι η δουλειά αυτή δεν εξηγεί διαφορές ανάμεσα σε άνδρες και γυναίκες, καθώς η ανθρώπινη συμπεριφορά είναι πολύ πιο σύνθετη.
Ωστόσο, η έρευνα μπορεί να βοηθήσει στην κατανόηση της ανθρώπινης συμπεριφοράς και καταστάσεων όπου γενετικές διαφορές επηρεάζουν την αρχιτεκτονική του εγκεφάλου, όπως ο αυτισμός και η σχιζοφρένεια.
Ο καθηγητής Gregory Jefferis, από το Laboratory of Molecular Biology του Medical Research Council και το Πανεπιστήμιο του Cambridge, που συν-ηγήθηκε την έρευνα, είπε στο BBC News ότι το επίτευγμα αποτελεί «μια πραγματικά σημαντική νέα κατεύθυνση στη νευροεπιστήμη», παρομοιάζοντάς το με την εφεύρεση ενός ισχυρού νέου τηλεσκοπίου που διευρύνει την κατανόησή μας για το Σύμπαν.
«Έχουμε αυτό το απίστευτο πράγμα στο κεφάλι μας που μας επιτρέπει να κάνουμε εντυπωσιακά πράγματα, όπως να παίξουμε μια σονάτα ή να λύσουμε ένα επιστημονικό πρόβλημα. Και αυτή η εξέλιξη μπορεί να μας βοηθήσει να καταλάβουμε πώς λειτουργούν αυτά τα συστήματα».
Ο χάρτης δημιουργήθηκε κόβοντας τον εγκέφαλο της μύγας σε 66 τμήματα, καθένα από τα οποία απεικονίστηκε επανειλημμένα με σάρωση. [Gwyndaf Hughes]
Ο εγκέφαλος της μύγας είναι τόσο εντυπωσιακός όσο και όμορφος. Έχει μέγεθος κεφαλής καρφίτσας και, σε πολλές πτυχές, είναι πιο αποδοτικός από έναν υπερυπολογιστή και μπορεί να ξεπερνά τα πιο προηγμένα συστήματα τεχνητής νοημοσύνης.
Η ομάδα του Jefferis και οι συνεργάτες της ανέλυσαν εξονυχιστικά κάθε νευρικό κύτταρο, κάθε «καλώδιο» και κάθε σύνδεση σε αρσενική μύγα. Συναρμολόγησαν τα στοιχεία σε έναν τρισδιάστατο χάρτη του εγκεφάλου και του νευρικού σωλήνα και τα συνέκριναν με την προηγούμενη χαρτογράφηση του θηλυκού.
Διαπίστωσαν ότι περίπου το 95% των κυττάρων είναι κοινά στα δύο φύλα. Το υπόλοιπο 5% αρκεί, όμως, για να προκαλέσει αρκετά διαφορετικές συμπεριφορές, σύμφωνα με τη Dr Isabella Beckett, συν-πρώτη συγγραφέα της μελέτης που δημοσιεύεται σήμερα στο περιοδικό Cell.
«Περιμέναμε να βρούμε διαφορές, και τις βρήκαμε, και είμαστε ενθουσιασμένοι με όσα προέκυψαν», είπε.
Οι μικρές αυτές διαφορές μπορούν να οδηγήσουν σε μεγάλες αλλαγές στη συμπεριφορά.
Στο φλερτ, για παράδειγμα, το αρσενικό ακολουθεί το θηλυκό καθώς κινείται. Οι ερευνητές εντόπισαν τα εγκεφαλικά κυκλώματα που σχετίζονται με αυτό το χαρακτηριστικό και βρήκαν βασικές διαφορές στην καλωδίωση. Τα αρσενικά διαθέτουν πρόσθετα στοιχεία που ενισχύουν την οπτική παρακολούθηση.
Ακόμη μεγαλύτερη είναι η διαφορά στα κυκλώματα που σχετίζονται με την επιθετικότητα. Τα αρσενικά συγκρούονται συχνότερα και έτσι υπάρχει πολύ περισσότερη «καλωδίωση» που υποστηρίζει αυτή τη συμπεριφορά σε σχέση με τα θηλυκά.
Και, έπειτα, υπάρχει το κύκλωμα του «τραγουδιού» αγάπης.
Τα αρσενικά προσεγγίζουν τα θηλυκά παράγοντας έναν ήχο. Διαθέτουν μοναδική μόνο σε αυτά καλωδίωση για να τον παράγουν. Σύμφωνα με τον Dr Philipp Schlegel, συν-συγγραφέα της μελέτης, το κύκλωμα πρέπει να είναι ακριβώς σωστά ρυθμισμένο, αλλιώς οι συνέπειες για το δύσμοιρο αρσενικό μπορεί να είναι δυσάρεστες.
«Το φλερτ περιλαμβάνει και τραγούδι στο θηλυκό», μου είπε. «Ο ήχος παράγεται με δονήσεις των φτερών για να προκύψει ένα πολύ συγκεκριμένο τραγούδι.
«Αν αρέσει στο θηλυκό, θα του επιτρέψει να πλησιάσει, κι αν όχι, αν δεν είναι δεκτική εκείνη τη στιγμή, ουσιαστικά θα τον απορρίψει — κάτι που μπορεί να σημαίνει μέχρι και μια κλωτσιά στο πρόσωπο».
Οι τρεις αυτές διαφορές στην καλωδίωση μεταξύ αρσενικών και θηλυκών μυγών καθοδηγούνται από δύο βασικά γονίδια. Οι ερευνητές τα γνωρίζουν εδώ και χρόνια και ξέρουν ότι σχετίζονται με τις αντίστοιχες συμπεριφορές. Αυτό που δεν είχαν καταφέρει να δουν μέχρι τώρα ήταν το ενδιάμεσο: την ίδια την καλωδίωση που παράγουν τα γονίδια. Τώρα, για πρώτη φορά, τη βλέπουν.
Στόχος της έρευνας δεν ήταν να ανακαλυφθούν οι διαφορές μεταξύ αρσενικών και θηλυκών μυγών, και σίγουρα όχι να βρεθούν νευρολογικές εξηγήσεις για ορισμένες υποτιθέμενες διαφορές συμπεριφοράς μεταξύ ανδρών και γυναικών.
Η σύγκριση δύο εγκεφάλων με μικρές διαφορές στην καλωδίωση που συνδέονται με γνωστές μεγάλες διαφορές συμπεριφοράς επιτρέπει στους επιστήμονες να δουν καθαρά τις αρχές που διέπουν τις αλλαγές στην καλωδίωση για κάθε συμπεριφορά, σύμφωνα με την Beckett.
«Έχεις μία ανεξάρτητη μεταβλητή, το φύλο, και μετά βλέπεις τι διαφέρει. Αυτό είναι το όνειρο κάθε επιστήμονα».
Οι διαφορές αυτές φέρνουν τους επιστήμονες πιο κοντά στην απάντηση ενός από τα μεγαλύτερα ερωτήματα της βιολογίας: πώς τα γονίδια επηρεάζουν τη συμπεριφορά.
Εδώ και δεκαετίες είναι γνωστό ότι επηρεάζουν, αλλά υπήρχε μικρή σαφήνεια για το πώς ακριβώς ασκούν αυτή την επίδραση. Η απάντηση, σύμφωνα με τον Dr Jefferis, βρίσκεται στο πώς τα γονίδια διαμορφώνουν την καλωδίωση του εγκεφάλου και πώς αυτή επηρεάζει τη συμπεριφορά.
«Η σύγκριση των εγκεφάλων μυγών μας δίνει ένα πραγματικά καλό εργαλείο γι’ αυτό», είπε στο BBC News.
«Υπάρχουν μοτίβα συμπεριφοράς στους ανθρώπους που φαίνεται να έχουν ισχυρή γενετική βάση. Για παράδειγμα, υπάρχουν πλέον πολλά γονιδιακά παραλλήλια που σχετίζονται με τη σχιζοφρένεια και τις διαταραχές του αυτιστικού φάσματος, τα οποία δεν κατανοούμε πραγματικά».
Η χαρτογράφηση της καλωδίωσης στον εγκέφαλο θηλυκής μύγας ολοκληρώθηκε πριν από δύο χρόνια. [MRC]
Υπάρχουν, προσθέτει, και πιθανές εφαρμογές στη βελτίωση της τεχνητής νοημοσύνης και την ενίσχυση των υπολογιστικών συστημάτων.
«Για να έχουμε τεχνητή νοημοσύνη τόσο αποδοτική όσο οι εγκέφαλοί μας, πιθανότατα θα χρειαστεί περισσότερη βιολογική έμπνευση. Και αυτή που μάλλον θα έχει σημασία είναι τα πραγματικά βιολογικά διαγράμματα καλωδίωσης.
«Υπάρχουν άνθρωποι που τοποθετούν τον εγκέφαλο της μύγας στο κέντρο τεχνητών δικτύων και εξετάζουν αν μπορεί να βοηθήσει στη μάθηση και στον έλεγχο τεχνητών συστημάτων».
Συνεργάτες στη μελέτη ήταν το HHMI Janelia Research Campus υπό τον καθηγητή Gerry Rubin, η ομάδα Drosophila Connectomics Group του Πανεπιστημίου του Cambridge, το Google Research και το Champalimaud Foundation.
Το παρόν κείμενο δημιουργήθηκε με τη χρήση τεχνητής νοημοσύνης.
