Wetenschappers hebben een 3D-reconstructie gemaakt van het brein van de larvale fruitvlieg, dat meer dan 3000 neuronen en een half miljoen synapsen bevat. De nieuwe 3D-reconstructie onthult de architectuur van het zenuwstelsel van het insect, inclusief de soorten neuronen en hun onderlinge verbindingen, en geeft inzicht in hoe de hersenen informatie verwerken en gedrag genereren. Uit de studie blijkt dat de hersenen in hoge mate onderling verbonden zijn, met een overvloed aan feedback van neuronen en meerdere nieuwe circuitmotieven.
Sommige kenmerken van de hersenen van de fruitvlieg lijken op geavanceerde deep learning-architecturen, die een basis vormen voor toekomstige studies van neurale circuits. De bevindingen maken de weg vrij voor een beter begrip van de hersenfunctie, met mogelijke toepassingen in kunstmatige intelligentie en robotica.
Een team van wetenschappers onder leiding van prof. Winding van de Universiteit van Cambridge gebruikte elektronenmicroscopie om het brein van een Drosophila melanogaster larve af te beelden en de verbindingen ervan te reconstrueren met synaptische resolutie. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in Science. Uit de analyse bleek dat het brein van de larve 3016 neuronen en 548.000 synapsen telt. De onderzoekers voerden een gedetailleerde analyse uit van de architectuur van het hersencircuit, met inbegrip van verbinding- en neurontypes, netwerkknooppunten en circuitmotieven.
Het team vond ook uitgebreide multisensorische integratie in de hersenen en meerdere onderling verbonden paden van verschillende diepgang van sensorische neuronen naar uitgangsneuronen die een gedistribueerd verwerkingsnetwerk vormen. De hersenen hadden een sterk terugkerende architectuur, met 41% van de neuronen die over lange afstand terugkerende input ontvingen. Dit was echter niet gelijkmatig verdeeld en was vooral hoog in gebieden die betrokken zijn bij leren en actieselectie. Dopaminerge neuronen die het leren aansturen behoorden tot de meest recurrente neuronen in de hersenen.
Toepassingen in kunstmatige intelligentie
Het is mogelijk dat sommige van de architecturale kenmerken die in het larvenbrein van de Drosophila zijn waargenomen, ook kunnen worden gebruikt om informatie te verschaffen over architecturen voor kunstmatige intelligentie (AI). Met name het terugkerende karakter van de neurale verbindingen van de fruitvlieg kan inzicht verschaffen in hoe AI-algoritmen kunnen worden ontworpen om menselijke besluitvormingsprocessen beter na te bootsen.
Het nieuw gegenereerde synaptische-resolutie connectoom van het Drosophila larvenbrein biedt waardevolle inzichten in de functionele rollen en circuitmotieven. Het is mogelijk dat sommige van deze bevindingen toepassingen hebben in kunstmatige intelligentie en robotica, en mogelijk leiden tot verbeterde besluitvormingsalgoritmen en leerprocessen.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
