Επιστήμονες κατάφεραν για πρώτη φορά να συγκρίνουν με λεπτομέρεια τον εγκέφαλο αρσενικών και θηλυκών μυγών, εντοπίζοντας διαφορές στη νευρωνική «καλωδίωση» που συνδέονται με συμπεριφορές όπως η επιθετικότητα, το φλερτ και η παραγωγή ήχων κατά την αναζήτηση συντρόφου.

Ερευνητές στο Κέιμπριτζ χαρτογράφησαν και τις 124 εκατομμύρια συνδέσεις των νευρικών κυττάρων στον εγκέφαλο μιας αρσενικής μύγας όπως αναφέρει το BBC. Αντίστοιχη χαρτογράφηση του εγκεφάλου θηλυκής μύγας είχε ολοκληρωθεί πριν από δύο χρόνια.

Οι επιστήμονες ξεκαθαρίζουν ότι η συγκεκριμένη έρευνα δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να εξηγήσει διαφορές στη συμπεριφορά ανδρών και γυναικών, καθώς ο ανθρώπινος εγκέφαλος και η ανθρώπινη συμπεριφορά είναι πολύ πιο σύνθετα.

Ωστόσο, η μελέτη μπορεί να ανοίξει νέους δρόμους στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο τα γονίδια επηρεάζουν την ανάπτυξη και τη λειτουργία του εγκεφάλου, αλλά και να βοηθήσει στην έρευνα για παθήσεις στις οποίες οι γενετικές διαφορές συνδέονται με τη νευρωνική συνδεσιμότητα, όπως ο αυτισμός και η σχιζοφρένεια.

Ο καθηγητής Gregory Jefferis, από το Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας του Medical Research Council και το Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ, χαρακτήρισε την εξέλιξη «ένα πραγματικά σημαντικό νέο πεδίο στη νευροεπιστήμη», παρομοιάζοντάς την με την εφεύρεση ενός ισχυρού τηλεσκοπίου που επιτρέπει στους επιστήμονες να βλέπουν το Σύμπαν με εντελώς διαφορετικό τρόπο.

«Έχουμε αυτό το εκπληκτικό πράγμα μέσα στο κεφάλι μας που μας επιτρέπει να κάνουμε απίστευτα πράγματα, όπως να παίζουμε μια σονάτα ή να λύνουμε ένα επιστημονικό πρόβλημα. Αυτή η εξέλιξη θα μπορούσε να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε πώς λειτουργούν αυτά τα συστήματα», ανέφερε.

Χαρτογράφησαν κάθε κύτταρο και κάθε σύνδεση

Για να δημιουργήσουν τον χάρτη του εγκεφάλου της μύγας, οι ερευνητές τον χώρισαν σε 66 τμήματα. Κάθε τμήμα υποβλήθηκε σε επαναλαμβανόμενες διαδικασίες σάρωσης, ώστε να καταγραφούν με εξαιρετική λεπτομέρεια τα νευρικά κύτταρα και οι μεταξύ τους συνδέσεις.

Στη συνέχεια, οι επιστήμονες ανέλυσαν κάθε νευρικό κύτταρο και κάθε σύνδεση και τα ανασύνθεσαν σε έναν τρισδιάστατο χάρτη του εγκεφάλου και του νευρικού συστήματος. Ο χάρτης αυτός συγκρίθηκε με εκείνον του θηλυκού εγκεφάλου.

Το εντυπωσιακό είναι ότι περίπου το 95% των κυττάρων είναι κοινό στα δύο φύλα. Παρ’ όλα αυτά, το υπόλοιπο 5% φαίνεται να αρκεί για να προκαλέσει σημαντικές διαφοροποιήσεις στη συμπεριφορά.

«Περιμέναμε να βρούμε διαφορές και τις βρήκαμε. Και είμαστε ενθουσιασμένοι με αυτό που προέκυψε», δήλωσε η Dr Isabella Beckett, μία από τις βασικές συγγραφείς της μελέτης που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Cell.

Οι μικρές διαφορές που εντοπίστηκαν στις νευρωνικές συνδέσεις φαίνεται να συνδέονται με μεγάλες αλλαγές στη συμπεριφορά.

Κατά τη διαδικασία του ζευγαρώματος, για παράδειγμα, το αρσενικό ακολουθεί τις κινήσεις του θηλυκού. Οι επιστήμονες εντόπισαν τα εγκεφαλικά κυκλώματα που σχετίζονται με αυτή τη λειτουργία και διαπίστωσαν σημαντικές διαφορές στις συνδέσεις τους. Στα αρσενικά υπάρχουν επιπλέον νευρωνικές συνδέσεις που ενισχύουν την ικανότητα οπτικής παρακολούθησης.

Ακόμη μεγαλύτερες διαφορές καταγράφηκαν στα κυκλώματα που συνδέονται με την επιθετικότητα. Τα αρσενικά εμπλέκονται συχνότερα σε συγκρούσεις και, όπως διαπιστώθηκε, διαθέτουν πολύ περισσότερες νευρωνικές συνδέσεις που σχετίζονται με τη συγκεκριμένη συμπεριφορά.

Ξεχωριστό ενδιαφέρον παρουσιάζει και το κύκλωμα που συνδέεται με το «ερωτικό τραγούδι» της μύγας. Τα αρσενικά προσελκύουν τα θηλυκά παράγοντας έναν χαρακτηριστικό ήχο, μέσω της δόνησης των φτερών τους.

Όπως εξήγησε ο Dr Philipp Schlegel, το συγκεκριμένο κύκλωμα πρέπει να λειτουργεί με μεγάλη ακρίβεια. Αν το θηλυκό ανταποκριθεί θετικά, επιτρέπει στο αρσενικό να πλησιάσει. Σε διαφορετική περίπτωση, το απορρίπτει.

Τα γονίδια και το μεγάλο ερώτημα

Οι συγκεκριμένες διαφορές μεταξύ των εγκεφάλων των αρσενικών και των θηλυκών μυγών συνδέονται με δύο βασικά γονίδια. Οι επιστήμονες γνώριζαν εδώ και χρόνια τη σχέση αυτών των γονιδίων με συγκεκριμένες συμπεριφορές.

Αυτό που δεν μπορούσαν μέχρι σήμερα να παρατηρήσουν ήταν το ενδιάμεσο στάδιο: με ποιον ακριβώς τρόπο τα γονίδια δημιουργούν τις διαφορετικές νευρωνικές συνδέσεις.

Η νέα χαρτογράφηση επιτρέπει πλέον στους επιστήμονες να βλέπουν αυτή τη διαδικασία πολύ πιο καθαρά.

Η βασική αξία της έρευνας, σύμφωνα με την ομάδα, δεν βρίσκεται στην απλή σύγκριση αρσενικών και θηλυκών μυγών. Η σύγκριση δύο εγκεφάλων με σχετικά μικρές διαφορές στη συνδεσιμότητα, αλλά με σαφώς διαφορετικές συμπεριφορές, επιτρέπει την καλύτερη κατανόηση των γενικότερων αρχών με τις οποίες αλλάζει η «καλωδίωση» του εγκεφάλου.

«Έχεις μόνο μία ανεξάρτητη μεταβλητή, το φύλο, και μετά μπορείς να δεις τι είναι διαφορετικό. Αυτό είναι το όνειρο ενός επιστήμονα», ανέφερε η Beckett.

Από τη μύγα στον άνθρωπο και στην τεχνητή νοημοσύνη

Οι ερευνητές θεωρούν ότι η χαρτογράφηση μπορεί να βοηθήσει στην κατανόηση ενός από τα μεγαλύτερα ερωτήματα της βιολογίας: με ποιον τρόπο τα γονίδια επηρεάζουν τη συμπεριφορά.

Στον άνθρωπο υπάρχουν πολλές γονιδιακές παραλλαγές που έχουν συνδεθεί με διαταραχές όπως η σχιζοφρένεια και οι διαταραχές του αυτιστικού φάσματος, χωρίς όμως να είναι ακόμη πλήρως κατανοητός ο μηχανισμός μέσω του οποίου επηρεάζουν τον εγκέφαλο.

«Η σύγκριση των εγκεφάλων της μύγας μάς δίνει έναν πολύ καλό τρόπο για να το κατανοήσουμε αυτό», σημείωσε ο Jefferis.

Η έρευνα ενδέχεται, τέλος, να έχει εφαρμογές και στην τεχνητή νοημοσύνη. Οι επιστήμονες εξετάζουν ήδη κατά πόσο πραγματικά βιολογικά διαγράμματα νευρωνικών συνδέσεων μπορούν να προσφέρουν ιδέες για τη δημιουργία πιο αποδοτικών τεχνητών συστημάτων.

Όπως εξηγούν οι ερευνητές, η αντιγραφή της αποτελεσματικότητας του ανθρώπινου εγκεφάλου στην τεχνητή νοημοσύνη μπορεί να απαιτήσει περισσότερη έμπνευση από την ίδια τη βιολογία και, ειδικότερα, από τον τρόπο με τον οποίο είναι οργανωμένες οι πραγματικές νευρωνικές συνδέσεις.