Kada govorite o nečemu tako složenom kao što je mozak, zadatak nije nimalo lakši ako je vokabular koji se koristi jednako složen. Međunarodna suradnja neuroznanstvenika ne samo da je utrostručila broj identificiranih moždanih struktura, već je stvorila jednostavan leksikon za razgovor o njima, što će biti od ogromne pomoći za buduća istraživanja o funkciji mozga i bolesti.
Nick Strausfeld i Linda Restifo, oboje profesori na Odsjeku za neuronauku na Univerzitetu u Arizoni, radili su s kolegama u Japanu koji su vodili projekat, te kolegama u Njemačkoj i Velikoj Britaniji na izradi sveobuhvatnog atlasa neuroanatomskih centara i računski centri mozga insekata. U tom procesu, tim je identifikovao mnoge ranije nepoznate strukture. Pružajući istraživačkoj zajednici jedinstven sistem terminologije, postavili su teren za sistematski napor da se razjasne moždane strukture i funkcije koje se prenose na funkcije ljudskog mozga.
Članak o radu pojavljuje se u naučnom časopisu Neuron; online verzija uključuje dodatak podataka od 80 stranica. Podaci će biti javno dostupni u roku od 6 mjeseci i uključivati stotine slika i 3-D video animacija - što predstavlja neprocjenjiv resurs koji će omogućiti neuronaučnicima da rade efikasnije, upoređuju svoje rezultate i dobiju smislenija tumačenja.
"Ovaj napor pruža trodimenzionalnu mapu puta za opisivanje struktura za sve mozgove insekata i omogućava poređenje s drugim člankonošcima", rekao je Strausfeld, direktor UA Centra za nauku o insektima. „Ima ogromnu vrijednost u opisivanju mrežnih odnosa između računskih centara u mozgu."
Projekat je pravovremen jer su SAD i Evropa započele ambiciozne inicijative - inicijativu BRAIN predsjednika Baracka Obame i Projekt ljudskog mozga Europske unije - da proizvedu dinamičnu sliku mozga koja pokazuje kako pojedinačne ćelije i složeni neuronski krugovi interakcija u vremenu i prostoru.
U svojim naporima da razviju strategije za istraživanje unutrašnjeg rada ljudskog mozga, vjerovatno najsloženije strukture u Sunčevom sistemu, naučnici su se oslanjali na proučavanje mozga modelnih organizama kao što su voćne mušice jer su njihove strukture jednostavnije i lakši za proučavanje u eksperimentima.
Zglavkari - insekti, pauci, rakovi i njihovi srodnici - imaju napredna biomedicinska istraživanja u rasponu od anatomskih i molekularnih osnova ponašanja do biohemijskih uzroka ovisnosti. Zbog zajedničke evolucijske istorije duboko u vremenu, kralježnjaci, uključujući ljude, vjerovatno dijele mnoge neuroanatomske karakteristike i funkcionalne centre u mozgu s beskičmenjacima. Proučavanje neuroloških procesa kod artropoda može nam značajno pomoći da shvatimo kako svi mozgovi funkcioniraju.
Procese koji dovode do Parkinsonove bolesti, na primjer, izuzetno je teško istražiti kod ljudi, ali istraživanje s voćnim mušicama dalo je vrijedne informacije koje bi mogle pomoći neurolozima da razviju terapijske strategije.
Kao rezultat ovog zajedničkog nastojanja da se katalogizira i mapira mozak insekata, ova grupa naučnika je otkrila da mozak voćne mušice veličine igle ima više od 50 anatomski različitih centara koji se približavaju složenosti koja je do sada bila samo prepoznata kod životinja kao što su ribe ili miševi.
"Postoje fascinantne paralele", rekao je Strausfeld. "Prepoznavanjem diskretnih centara u mozgu insekata, bolje ćemo razumjeti kako se razrada mozga insekata i kralježnjaka može povezati jedni s drugima uprkos više od 600 miliona godina divergentne evolucije."
Na primjer, mirisne lukovice u kralježnjaka su vrlo slične mirisnim režnjevima u rakova. Isto važi i za vizuelni sistem: boja, oblik, kretanje i tekstura se na sličan način obrađuju kod kičmenjaka i insekata, iako muva percipira veoma različite aspekte vizuelnog sveta u poređenju sa onima koje percipiraju majmun ili čovek, objasnio je Strausfeld.
Studiju je vodio Kei Ito, vanredni profesor na Odsjeku za kompjutersku biologiju na Univerzitetu u Tokiju. Njegova grupa je koristila tehniku zvanu konfokalna fluorescentna mikroskopija da stvori virtuelne "kriške" otkrivajući arhitekturu mozga voćne mušice sve do pojedinačnih ćelija.
Pet godina i 1.200 e-poruka kasnije, projekat sada neuronaučnicima pruža iste termine za opis određenih delova mozga insekata i rakova. "Postavljamo novi standard koji zaista omogućava komunikaciju", složili su se UA autori.
"Sada imamo vrlo detaljno razumijevanje distribucije neurona u diskretnim centrima i veza među njima", objasnio je Strausfeld.
"Genetička zajednica sve više prepoznaje složenost ponašanja insekata kako bi nam omogućila da modeliramo različite ljudske bolesti," rekao je Restifo, koji je također profesor neurologije na Medicinskom koledžu UA i član UA BIO5 instituta.
"Ove malene, ali sada dobro definirane regije koje vidimo u mozgu insekata vjerovatno imaju određene neurone s određenim vezama koje pokreću određena ponašanja koja postaju sve važnija u proučavanju ponašanja poput agresije ili ovisnosti."
Restifo je objasnio da kombinovanje proširenog repertoara ponašanja ljudi sa onim uočenim kod insekata predstavlja snažan argument za korišćenje modelnih organizama kao što je voćna mušica, Drosophila, u potrazi za novim lekovima.
"Na neki način, insekti će biti još korisniji od modela glodara", rekla je ona. „U nekim slučajevima, pokušaji da se dođe do uzroka bolesti narušavanjem funkcije gena kod miševa ne uspijevaju dati odgovore jer, iako se genetska mutacija poklapa s ljudskom bolesti, fiziološki efekti ne."
Da bi bilo smisleno, svako proučavanje složenih nervnih sistema zahteva koncepte i terminologiju sa kojima se jednoobrazno slaže istraživačka zajednica.
Neuroznanstvenici odavno znaju da su anatomski različiti regioni pokazatelji kako je mozak organiziran, ali različiti termini su u upotrebi za istu strukturu kod različitih - ili čak unutar iste - vrste. "U stvarnosti, ruža pod bilo kojim drugim imenom više liči na vavilonsku kulu", rekao je Restifo. "Došlo je do ogromne zabune."
Strausfeld, koji je 1976. objavio prvi atlas o mozgu insekata - i, zajedno sa Itom i kolegama u Njemačkoj, prvi Nacionalna naučna fondacija Online Atlas mozga Drosophila - uspostavio je veći dio početne nomenklature. UA Centar za nauku o insektima također je bio ključan u podršci naporima koji su doveli do objavljivanja studije. Strausfeld je rekao da je važan pokretač sadašnjeg projekta potreba da se utvrdi prikladnost specifičnih termina i imena za neuronske strukture u mozgu artropoda.
"Ništa slično ovome nije urađeno ranije", rekao je. "Naučnici koji proučavaju mozak i ponašanje ptica došli su do dogovorene nomenklature, ali pokušavali smo pronaći zajednički jezik među mnogim vrstama koje bi se mogle razlikovati jedna od druge u smislu evolucijske divergencije. Tako, dodajući ogromnost zadatak je bio da se dogovori terminologija koja bi 'pristajala' za sve insekte i bila primjenjiva na rakove."
"Razvoj standardizirane nomenklature je važan jer olakšava unakrsnu oplodnju rada obavljenog korištenjem različitih vrsta insekata", rekao je Gerald Rubin, potpredsjednik i izvršni direktor istraživačkog kampusa Janelia Farm Medicinskog instituta Howard Hughes. "Da bi se ovo spojilo, bilo je potrebno mnogo rada, naučnog uvida i istorijskog znanja; to je bila prava usluga na terenu."
