نقشه‌برداری کامل از مغز مگس سرکه؛ گامی بزرگ در علوم اعصاب با کمک هوش مصنوعی

محققان در یک پیشرفت علمی شگفت‌انگیز، موفق شدند برای نخستین بار نقشه کامل مغز یک مگس سرکه نر را ترسیم کنند. این دستاورد که به آن «کانکتوم» گفته می‌شود، با استفاده از فناوری‌های پیشرفته هوش مصنوعی و همکاری میان متخصصان زیست‌شناسی و علوم کامپیوتر به دست آمده است.

نقشه‌ی سیناپسی؛ کاتالوگ ارتباطات مغزی

کانکتوم در واقع فهرستی جامع از تمام نورون‌های یک مغز، موقعیت سه‌بعدی آن‌ها و تمامی اتصالات یا همان سیناپس‌ها است. در حالی که سیستم عصبی مگس سرکه تنها شامل حدود ۱۵۰ هزار نورون است، فرآیند نقشه‌برداری جدید موفق به کشف بیش از ۳۰۰ میلیون اتصال سیناپسی شده است.

این حجم عظیم از داده‌ها، درک نحوه جریان اطلاعات از ورودی‌های حسی به پردازش‌های مرکزی و در نهایت به خروجی‌های حرکتی یا حافظه را برای دانشمندان امکان‌پذیر می‌سازد.

نقش حیاتی هوش مصنوعی در نقشه‌برداری

با توجه به پیچیدگی ساختار مغز مگس، انجام این کار توسط انسان عملاً غیرممکن بود. در این پروژه، دانشمندان از مدل‌های هوش مصنوعی مولد برای بازسازی بافت‌های آسیب‌دیده در برش‌های میکروسکوپی و اتصال مجدد آن‌ها استفاده کردند.

• بازسازی بافت: مدل‌های هوش مصنوعی شکاف‌های ناشی از برش‌های میکروسکوپی را پر می‌کنند.
• ردیابی سلولی: سیستم‌های هوشمند، غشاهای سلولی را شناسایی کرده و سلول‌ها را در فضای سه‌بعدی دنبال می‌کنند.
• شناسایی سیناپس‌ها: الگوریتم‌ها وظیفه تشخیص و طبقه‌بندی انواع سیناپس‌ها را بر عهده دارند.

"این یک چالش بزرگ است که نمی‌توان با نیروی انسانی یا هیچ فناوری دیگری به تنهایی آن را حل کرد؛ ما حتماً به هوش مصنوعی نیاز داشتیم."

کشف تفاوت‌های جنسی در ساختار مغز

با تکمیل نقشه‌ی مغز ماده در اوایل سال جاری و اکنون نقشه‌ی مغز نر، دانشمندان می‌توانند تفاوت‌های عصبی بین دو جنس را بررسی کنند. این مطالعه نشان داد که ژن‌های مشخصی مانند doublesex و fruitless نقش کلیدی در شکل‌گیری تفاوت‌های رفتاری و ساختاری دارند.

نکته جالب توجه این است که نورون‌های مرتبط با جنسیت، بیشتر در بخش‌های پردازش سطح بالا و تصمیم‌گیری فعالیت می‌کنند، در حالی که بخش‌های حسی و حرکتی پایه، ثبات بیشتری دارند.

آینده‌ای روشن برای علوم اعصاب

تکمیل این نقشه‌ها، مشابه با تکمیل توالی ژنوم، سرعت تحقیقات در حوزه علوم اعصاب را به شدت افزایش خواهد داد. دانشمندان اکنون می‌توانند با مشاهده یک نورون خاص، دقیقاً بدانند که به کدام بخش‌های دیگر مغز متصل است.

هدف نهایی این است که با اصلاح این ابزارها، نقشه‌برداری از سیستم‌های عصبی بسیار پیچیده‌تر، از جمله مغز مهره‌داران، با بهره‌گیری از هوش مصنوعی امکان‌پذیر شود.