50 Mio. Synapsen: Erste komplette Karte eines komplexen Gehirns

Es ist nach intensiver Arbeit gelungen, die erste komplette Karte eines komplexen Gehirns anzufertigen. Dabei wurden sämtliche Verbindungen von Neuronen und Synapsen genau nachvollzogen und in einem 3D-Modell abgebildet.

Enorme Komplexität

Vollbracht wurde es durch Forscher unter Leitung eines Teams der Princeton University. Allerdings kartierten sie dabei nicht das enorm komplexe Gehirn eines Menschen, sondern griffen erst einmal auf das deutlich kleinere Nervensystem eines der Lieblingstiere der Biologie zurück - der Fruchtfliege (Drosophila melanogaster).

Die Grundlagen der aktuellen Arbeit, die jetzt im renommierten Journal Nature veröffentlicht wurde, bildeten Projekte, bei denen bereits das Gehirn eines C. elegans-Wurms mit 302 Neuronen und das Gehirn einer Fruchtfliegenlarve mit rund 3.000 Neuronen kartiert wurde. Die ausgewachsene Fruchtfliege bringt es allerdings auf 140.000 Neuronen, die mit rund 50 Millionen Synapsen untereinander vernetzt sind.


"Dies ist ein bedeutender Durchbruch", erklärte Mala Murthy, Direktorin des Princeton Neuroscience Institute und Co-Leiterin des Forschungsteams. "Es gibt kein anderes vollständiges Hirn-Connectome eines erwachsenen Tieres mit dieser Komplexität." Die Forschung wurde in Zusammenarbeit mit zahlreichen Institutionen durchgeführt, darunter den Universitäten von Vermont, Cambridge, Berkeley und der Freien Universität Berlin.

Mithilfe der KI

Das Projekt wurde vom FlyWire-Konsortium entwickelt, einer globalen Zusammenarbeit von 287 Forschern aus 76 Laboren weltweit, unterstützt von Freiwilligen. Der detaillierte Schaltplan des Fruchtfliegen-Gehirns entstand durch die Analyse von 21 Millionen Aufnahmen eines weiblichen Fliegengehirns. Diese wurden mithilfe von Künstlicher Intelligenz (KI) zu einem dreidimensionalen Modell zusammengefügt. "Ohne die Fortschritte in der KI wäre es nicht möglich gewesen, das gesamte Gehirn zu rekonstruieren", sagte Sebastian Seung, Professor für Neurowissenschaften und Informatik an der Princeton University und Co-Leiter des Projekts.

Der neu entwickelte Hirnatlas ermöglicht es nun, die Verbindung zwischen bestimmten Neuronen und Verhaltensweisen präzise nachzuvollziehen. Langfristig könnte dies zur Entwicklung maßgeschneiderter Behandlungen für neurologische Erkrankungen führen. "Ohne ein detailliertes Verständnis davon, wie Neuronen miteinander vernetzt sind, werden wir nie vollständig begreifen, was in einem gesunden Gehirn richtig funktioniert und was bei Krankheiten schiefläuft", sagte John Ngai, Direktor der BRAIN Initiative, die das Projekt finanzierte.


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