มุมมองใหม่ของสมองเผยให้เห็นการทำงานของเซลล์ที่เฉพาะเจาะจง
นักประสาทวิทยาได้สร้างมุมมอง เว็บสล็อต ที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อนว่าเซลล์สมองสร้างพฤติกรรมโดยพิจารณาการบิด การเลี้ยว การกระดิก และการดิ้นของตัวอ่อนแมลงวันผลไม้ 37,780 ตัว ผลการวิจัย ซึ่งตีพิมพ์ใน วารสาร Scienceเมื่อวันที่ 27 มีนาคมได้ดึงความสัมพันธ์โดยตรงระหว่างเซลล์ประสาทกับการเคลื่อนไหวที่เฉพาะเจาะจง
Kay Tye นักประสาทวิทยาจาก MIT กล่าวว่า “การทำความเข้าใจว่ากิจกรรมของระบบประสาทก่อให้เกิดพฤติกรรมอย่างไร เป็นคำถามที่สำคัญที่สุดในด้านประสาทวิทยา การศึกษาใหม่นี้เป็นช่องทางให้นักวิทยาศาสตร์เริ่มตอบคำถามนั้นได้ “ฉันคิดว่านี่เป็นแนวทางที่สำคัญมากซึ่งจะมีอิทธิพลอย่างมาก”
นักวิทยาศาสตร์นำโดย Marta Zlatic จาก Janelia Farm Research Campus ของ Howard Hughes Medical Institute ในเมือง Ashburn รัฐเวอร์จิเนีย ใช้ประโยชน์จากแมลงวันที่กลายพันธุ์พิเศษที่มีอยู่ ในสัตว์แต่ละตัว เซลล์ประสาทกลุ่มเล็กๆ โดยปกติอยู่ระหว่าง 2 ถึง 15 เซลล์ ได้รับการออกแบบให้ตอบสนองต่อแสงสีน้ำเงิน โดยการเปิดใช้งานเซลล์ประสาทจำนวนหนึ่งด้วยแสงและการวิเคราะห์วิดีโอของพฤติกรรมที่เป็นผล นักวิจัยได้สำรวจเซลล์ประสาทส่วนใหญ่ 10,000 เซลล์ในสมองของตัวอ่อน แมลงหวี่ เมลาโนกาสเตอร์อย่างเป็นระบบ
“มันเหมือนกับการทิ้งระเบิดอิ่มตัว” George Augustine นักประสาทวิทยาแห่ง Center for Functional Connectomics ในกรุงโซล ประเทศเกาหลีใต้กล่าว “พวกมันเคลื่อนตัวผ่านเซลล์ประสาทเกือบทั้งหมดในระบบประสาทของสิ่งมีชีวิตเล็กๆ ธรรมดาๆ ตัวนี้ และค้นหาว่าพวกมันทำอะไรกัน ที่น่าทึ่ง ลึกซึ้ง”
เนื่องจากงานทดลองส่วนใหญ่เป็นแบบอัตโนมัติ จึงใช้เวลาเพียงหลายเดือนในการทดสอบตัวอ่อน 37,780 ตัว “ความท้าทายที่แท้จริง” Zlatic กล่าว “กำลังจัดการกับข้อมูล”
ทีมงานได้พัฒนาวิธีการทางคณิตศาสตร์เพื่อค้นหารูปแบบของพฤติกรรมที่เกิดจากการกระตุ้นเซลล์ประสาทกลุ่มเล็กๆ วิธีการคำนวณนี้เผยให้เห็นพฤติกรรมที่เป็นไปไม่ได้ที่จะระบุเป็นอย่างอื่น Arvinthan Samuel นักประสาทวิทยาแห่งมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดกล่าว “ถ้าคุณดูแค่วิดีโอจำนวนมาก มันยากมากที่จะเห็นโครงสร้าง” เขากล่าว “ดวงตาของมนุษย์ไม่สามารถจัดการข้อมูลได้มากขนาดนั้น”
แต่คณิตศาสตร์ทำได้อย่างแน่นอน
ทีมงานรายงานด้วยการติดตามการเคลื่อนไหวของตัวอ่อนในวิดีโอนับพันรายการ พฤติกรรมเหล่านี้รวมถึงการกระดิกที่ช่วยให้ตัวอ่อนหนีจากภัยคุกคาม การเลี้ยวซ้ายตามด้วยการเลี้ยวขวา และการคลานถอยหลัง
แสงสีน้ำเงินไม่สามารถกระตุ้นลักษณะเฉพาะของแมลงวันได้ เช่น การม้วนตัวของนักล่าโดยเฉพาะ Zlatic กล่าว การกระทำดังกล่าวมักพบในสภาพแวดล้อมที่ชื้น ซึ่งแตกต่างจากพื้นผิวที่แห้งที่ตัวอ่อนได้รับการทดสอบ
ด้วยพฤติกรรมทั้ง 29 อย่าง นักวิทยาศาสตร์จึงใช้คณิตศาสตร์เพื่อค้นหากลุ่มเซลล์ประสาทที่ดูเหมือนว่าจะมีอคติต่อพฤติกรรมแต่ละอย่าง ทีมพบว่าความสัมพันธ์ระหว่างกลุ่มเซลล์ประสาทและพฤติกรรมไม่ได้เป็นแบบหนึ่งต่อหนึ่ง ตัวอย่างเช่น การกระตุ้นเซลล์ประสาทคู่หนึ่งโดยเฉพาะในส่วนล่างของสมองตัวอ่อนทำให้สัตว์เปลี่ยนสามครั้ง แต่พฤติกรรมเดียวกันนี้เป็นผลมาจากการกระตุ้นเซลล์ประสาทคู่อื่นด้วย โดยเฉลี่ยแต่ละพฤติกรรมสามารถกระตุ้นเซลล์ประสาทได้ 30 ถึง 40 กลุ่ม Zlatic กล่าว
และกลุ่มเซลล์ประสาทบางกลุ่มสามารถกระตุ้นพฤติกรรมหลายอย่างในสัตว์ต่างๆ หรือบางครั้งแม้แต่ในสัตว์ตัวเดียว
การกระตุ้นเซลล์ประสาทกลุ่มเดียวในสัตว์ต่างๆ เป็นครั้งคราวส่งผลให้เกิดพฤติกรรมที่แตกต่างกัน ความแตกต่างนั้นอาจเกิดจากหลายสิ่งหลายอย่าง Zlatic กล่าวว่า “มันอาจเป็นประสบการณ์ก่อนหน้านี้ มันอาจเป็นความแตกต่างของพัฒนาการ มันอาจจะเป็นบุคลิกของสัตว์อย่างใด; รัฐต่าง ๆ ที่สัตว์พบตัวเองในช่วงเวลาของการกระตุ้นเซลล์ประสาท”
ทีมงานพบว่าการกระตุ้นเซลล์ประสาทเดียวกันในสัตว์ตัวหนึ่งบางครั้งอาจส่งผลให้เกิดพฤติกรรมที่แตกต่างกัน ผลลัพธ์หมายความว่าการเชื่อมโยงระหว่างเซลล์ประสาทกับพฤติกรรมไม่ใช่ขาวดำแต่มีความน่าจะเป็นมากกว่า: โดยรวมแล้ว เซลล์ประสาทบางตัวมีอคติต่อสัตว์ต่อพฤติกรรมบางอย่าง
ผลลัพธ์มีความหมายสำหรับสมองที่ซับซ้อนมากขึ้น “ฉันไม่คิดว่าจะมีใครสนใจว่าหนอนแมลงวันเคลื่อนไหวอย่างไร” ออกัสตินกล่าว แต่หลักการเดียวกันในสิ่งมีชีวิตที่เรียบง่ายนี้อาจใช้ได้ผลในสมองที่มีความซับซ้อนมากขึ้น เขากล่าว
Zlatic และเพื่อนร่วมงานของเธอกำลังศึกษาเซลล์ประสาทและพฤติกรรมจำนวนหนึ่งอย่างละเอียดเพื่อทำความเข้าใจว่าเซลล์ประสาทสื่อสารกันอย่างไร ในที่สุดทีมงานวางแผนที่จะวางผลลัพธ์ของพวกเขาบนแผนที่ที่จะเกิดขึ้นของการเชื่อมต่อทางกายภาพทั้งหมดระหว่างเซลล์ประสาทในสมองของตัวอ่อน แมลงหวี่ ขาวโดยให้นักวิทยาศาสตร์มีวิธีที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการศึกษาว่าเซลล์ประสาททั้งหมดทำงานร่วมกันเพื่อควบคุมพฤติกรรมอย่างไร เว็บสล็อต
