एक फल मक्खी का मस्तिष्क एक खसखस ​​​​के आकार का होता है और इसे आसानी से देखा जा सकता है।

वर्जीनिया में हॉवर्ड ह्यूजेस मेडिकल इंस्टीट्यूट के जेनेलिया रिसर्च कैंपस के एक न्यूरोसाइंटिस्ट विवेक जयरामन ने कहा, “मुझे लगता है कि ज्यादातर लोग मक्खी के बारे में सोचते भी नहीं हैं।” “लेकिन, ज़ाहिर है, मक्खियाँ काफी समृद्ध जीवन जीती हैं।”

मक्खियाँ परिष्कृत व्यवहार करने में सक्षम हैं। और उनके धब्बेदार दिमाग बहुत जटिल होते हैं, उनके बीच लगभग 100,000 न्यूरॉन्स और लाखों कनेक्शन, या सिनेप्स होते हैं।

2014 के बाद से, जेनेलिया में वैज्ञानिकों की एक टीम, शोधकर्ताओं के सहयोग से गूगल, फ्रूट फ्लाई ब्रेन का एक व्यापक वायरिंग आरेख, जिसे कनेक्टोम के रूप में भी जाना जाता है, बनाने के प्रयास में इन न्यूरॉन्स और सिनेप्स का मानचित्रण कर रहे हैं।

अत्याधुनिक मशीन-लर्निंग एल्गोरिदम की मदद से भी यह काम समय लेने वाला और महंगा है। लेकिन उन्होंने अब तक जो डेटा जारी किया है, वह इसके विस्तार में आश्चर्यजनक है, जो मक्खी के मस्तिष्क के कई महत्वपूर्ण क्षेत्रों में नुकीले न्यूरॉन्स के एटलस की रचना करता है।

और अब, जर्नल में मंगलवार को प्रकाशित होने वाले एक नए पेपर में ईलाइफ, न्यूरोसाइंटिस्ट यह दिखाने लगे हैं कि वे इसके साथ क्या कर सकते हैं।

मक्खी के मस्तिष्क के केवल एक छोटे से हिस्से के संयोजक का विश्लेषण करके – केंद्रीय परिसर, जो नेविगेशन में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है – जयरामन और उनके सहयोगियों ने दर्जनों नए न्यूरॉन प्रकारों की पहचान की और ऐसे न्यूरल सर्किट की पहचान की जो मक्खियों को अपना रास्ता बनाने में मदद करते हैं। दुनिया। यह काम इस बात की अंतर्दृष्टि प्रदान करने में मदद कर सकता है कि कैसे हमारे अपने सहित सभी प्रकार के जानवरों के दिमाग, संवेदी सूचनाओं की बाढ़ को संसाधित करते हैं और इसे उचित कार्रवाई में अनुवादित करते हैं।

यह आधुनिक कनेक्टोमिक्स के युवा क्षेत्र के लिए सिद्धांत का प्रमाण भी है, जो इस वादे पर बनाया गया था कि मस्तिष्क की तारों के विस्तृत आरेखों का निर्माण वैज्ञानिक लाभांश का भुगतान करेगा।

“यह वास्तव में असाधारण है,” सिएटल में एलन इंस्टीट्यूट फॉर ब्रेन साइंस के एक वरिष्ठ अन्वेषक डॉ क्ले रीड ने नए पेपर के बारे में कहा। “मुझे लगता है कि जो कोई भी इसे देखता है वह कहेगा कि कनेक्टोमिक्स एक ऐसा उपकरण है जिसकी हमें तंत्रिका विज्ञान में आवश्यकता है – पूर्ण विराम।”

जानवरों के साम्राज्य में एकमात्र पूर्ण संयोजक विनम्र राउंडवॉर्म का है, सी. एलिगेंस. जीवविज्ञानी सिडनी ब्रेनर, जो बाद में नोबेल पुरस्कार जीतने के लिए आगे बढ़े, ने 1960 के दशक में इस परियोजना की शुरुआत की। उनकी छोटी टीम ने हाथ से सभी 302 न्यूरॉन्स का पता लगाने के लिए रंगीन पेन का उपयोग करते हुए इस पर वर्षों बिताए।

जब 2006 में जेनेलिया रिसर्च कैंपस खोला गया, तो इसके संस्थापक निदेशक गेराल्ड रुबिन ने फल मक्खी पर अपनी जगहें स्थापित कीं।

जेनेलिया में कई अलग-अलग टीमों ने वर्षों से फ्लाई कनेक्टोम प्रोजेक्ट्स शुरू किए हैं, लेकिन नए पेपर का काम 2014 में शुरू हुआ, जिसमें एकल, 5-दिवसीय मादा फल मक्खी का मस्तिष्क था।

शोधकर्ताओं ने मक्खी के मस्तिष्क को स्लैब में काट दिया और फिर एक तकनीक का इस्तेमाल किया, जिसे फोकस-आयन बीम स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के रूप में जाना जाता है, उनकी छवि बनाने के लिए, श्रमसाध्य परत द्वारा परत। सूक्ष्मदर्शी अनिवार्य रूप से एक छोटी, सटीक नाखून फाइल की तरह कार्य करता है, मस्तिष्क की एक बहुत पतली परत को दूर करता है, उजागर ऊतक की एक तस्वीर खींचता है और तब तक प्रक्रिया को दोहराता है जब तक कि कुछ भी नहीं रहता।

जयरामन ने कहा, “आप एक साथ इमेजिंग कर रहे हैं और मक्खी के मस्तिष्क के छोटे-छोटे टुकड़े काट रहे हैं, इसलिए वे आपके काम करने के बाद मौजूद नहीं हैं।”

इसके बाद टीम ने कंप्यूटर विज़न सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके लाखों परिणामी छवियों को एक साथ वापस एक एकल, 3D वॉल्यूम में सिल दिया और इसे Google को भेज दिया। वहां, शोधकर्ताओं ने प्रत्येक व्यक्तिगत न्यूरॉन की पहचान करने और उसकी घुमावदार शाखाओं का पता लगाने के लिए उन्नत मशीन-लर्निंग एल्गोरिदम का उपयोग किया।

अंत में, जेनेलिया टीम ने सिनेप्स को इंगित करने के लिए अतिरिक्त कम्प्यूटेशनल टूल का उपयोग किया, और मानव शोधकर्ताओं ने कंप्यूटर के काम को प्रूफरीड किया, त्रुटियों को ठीक किया और वायरिंग आरेखों को परिष्कृत किया।

पिछले साल, शोधकर्ताओं ने केंद्रीय मक्खी के मस्तिष्क के एक बड़े हिस्से “हेमिब्रेन” के लिए कनेक्टोम को प्रकाशित किया, जिसमें ऐसे क्षेत्र और संरचनाएं शामिल हैं जो नींद, सीखने और नेविगेशन के लिए महत्वपूर्ण हैं।

कनेक्टोम, जो मुफ्त ऑनलाइन उपलब्ध है, में लगभग 25,000 न्यूरॉन्स और 20 मिलियन सिनेप्स शामिल हैं, जो कि से कहीं अधिक है सी. एलिगेंस संयोजक

“यह एक नाटकीय स्केलिंग है,” न्यूयॉर्क में रॉकफेलर विश्वविद्यालय के एक न्यूरोसाइंटिस्ट कोरी बर्गमैन ने कहा। “यह मस्तिष्क की कनेक्टिविटी को काम करने के लक्ष्य की दिशा में एक जबरदस्त कदम है।”

एक बार हेमिब्रेन कनेक्टोम तैयार हो जाने के बाद, फ्लाई नेविगेशन के तंत्रिका विज्ञान के विशेषज्ञ जयरामन केंद्रीय परिसर के डेटा में गोता लगाने के लिए उत्सुक थे।

मस्तिष्क क्षेत्र, जिसमें लगभग 3,000 न्यूरॉन्स होते हैं और सभी कीड़ों में मौजूद होते हैं, मक्खियों को दुनिया के साथ अपने स्थानिक संबंधों का एक आंतरिक मॉडल बनाने में मदद करता है और फिर उनकी परिस्थितियों के लिए उपयुक्त व्यवहार का चयन और निष्पादित करता है, जैसे भोजन की खोज करना।

“आप मुझे बता रहे हैं कि आप मुझे कुछ इस तरह के लिए वायरिंग आरेख दे सकते हैं?” जयरामन ने कहा। “यह बेहतर औद्योगिक जासूसी है जो आप में अंतर्दृष्टि प्राप्त करके प्राप्त कर सकते हैं सेब आई – फ़ोन।”

शोधकर्ताओं का अनुमान है कि जब वे नेविगेट कर रहे हों तो वैश्विक पर्यावरण के बारे में जानकारी को प्राथमिकता देने के लिए दिमाग को उड़ाया जा सकता है, लेकिन यह भी कि ये सर्किट लचीले होते हैं, ताकि जब ऐसी जानकारी अपर्याप्त हो, तो वे परिदृश्य की स्थानीय विशेषताओं पर अधिक ध्यान दे सकें।

अनुसंधान दल के अन्य सदस्यों ने विशिष्ट तंत्रिका पथों की पहचान की जो मक्खी को उसके सिर और शरीर के उन्मुखीकरण पर नज़र रखने में मदद करने के लिए उपयुक्त प्रतीत होते हैं; इसके भविष्य के उन्मुखीकरण और यात्रा की दिशा का अनुमान लगाएं; किसी अन्य वांछित स्थान के सापेक्ष इसके वर्तमान अभिविन्यास की गणना करें; और फिर उस दिशा में आगे बढ़ें।

उदाहरण के लिए, कल्पना कीजिए कि एक भूखी मक्खी एक सड़ते हुए केले को अस्थायी रूप से यह देखने के लिए छोड़ देती है कि क्या यह कुछ बेहतर कर सकता है। लेकिन (शाब्दिक रूप से) कुछ मिनटों की खोज के बाद, यह अपने पिछले भोजन पर वापस जाना चाहता है।

संयोजी डेटा से पता चलता है कि कुछ मस्तिष्क कोशिकाएं, जिन्हें तकनीकी रूप से PFL3 न्यूरॉन्स के रूप में जाना जाता है, मक्खी को इस पैंतरेबाज़ी को दूर करने में मदद करती हैं। इन न्यूरॉन्स को दो महत्वपूर्ण इनपुट प्राप्त होते हैं: उन्हें न्यूरॉन्स से संकेत मिलते हैं जो मक्खी की दिशा को ट्रैक करते हैं और साथ ही न्यूरॉन्स से जो केले की दिशा पर नजर रख सकते हैं।

उन संकेतों को प्राप्त करने के बाद, PFL3 न्यूरॉन्स फिर अपना संदेश टर्निंग न्यूरॉन्स के एक सेट पर भेजते हैं जो मक्खी को सही दिशा में बंद करने के लिए प्रेरित करता है। रात का खाना परोसा जाता है, फिर से।

जयरामन की प्रयोगशाला के एक शोध वैज्ञानिक ब्रैड हल्स ने विश्लेषण के इस हिस्से का नेतृत्व करने वाले ब्रैड हल्स ने कहा, “उस सर्किट के माध्यम से उस गतिविधि का पता लगाने में सक्षम होना – संवेदी बैक से मोटर तक इस जटिल मध्यवर्ती सर्किट के माध्यम से – वास्तव में आश्चर्यजनक है।” कनेक्टोम, उन्होंने कहा, “हमने जितना सोचा था उससे कहीं अधिक हमें दिखाया।”

और समूह का पेपर, जिसके मसौदे में 75 आंकड़े शामिल हैं और 360 पृष्ठों तक फैला है, अभी शुरुआत है।

स्वीडन में लुंड विश्वविद्यालय में कीट तंत्रिका विज्ञान के विशेषज्ञ स्टेनली हेन्ज़ ने कहा, “यह वास्तव में इस मस्तिष्क क्षेत्र की और खोज के लिए यह जमीनी सच्चाई प्रदान करता है।” “यह सिर्फ बहुत प्रभावशाली है।”

कोई पूछ सकता था – कुछ ने किया – क्यों एक फल मक्खी का मस्तिष्क सर्किटरी मायने रखता है।

“मुझे छुट्टियों में यह बहुत कुछ पूछा जाता है,” हुल्स ने कहा।

मक्खियाँ चूहे या चिंपैंजी या इंसान नहीं हैं, लेकिन उनका दिमाग कुछ ऐसे ही बुनियादी काम करता है. सेंट लुइस में वाशिंगटन विश्वविद्यालय के एक न्यूरोसाइंटिस्ट डेविड वान एसेन ने कहा, एक कीट में बुनियादी तंत्रिका सर्किटरी को समझना महत्वपूर्ण सुराग प्रदान कर सकता है कि अन्य जानवरों के दिमाग इसी तरह की समस्याओं से कैसे संपर्क करते हैं।

मक्खी के मस्तिष्क की गहरी समझ प्राप्त करना “हमें ऐसी अंतर्दृष्टि भी देता है जो स्तनधारी, और यहां तक ​​कि मानव, मस्तिष्क और व्यवहार की समझ के लिए बहुत प्रासंगिक हैं,” उन्होंने कहा।

बड़े, अधिक जटिल दिमागों के संयोजन बनाना काफी चुनौतीपूर्ण होगा। चूहे के मस्तिष्क में लगभग 70 मिलियन न्यूरॉन्स होते हैं, मानव मस्तिष्क में 86 बिलियन का एक बड़ा हिस्सा होता है।

लेकिन केंद्रीय जटिल पेपर निश्चित रूप से एकबारगी नहीं है; क्षेत्रीय माउस और मानव कनेक्टोम का विस्तृत अध्ययन पाइपलाइन में है, रीड ने कहा: “आने के लिए और भी बहुत कुछ है।”

जर्नल के संपादकों, अपने आप को चेतावनी दें।

यह लेख मूल रूप से में दिखाई दिया दी न्यू यौर्क टाइम्स.

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