Wissenschaftler haben die Verkabelung eines Fliegengehirns abgeschlossen und die KI hat die Nachverfolgung durchgeführt

Ein jahrzehntelanges Projekt hat das vollständige Konnektom einer männlichen Fruchtfliege erstellt, also eine Karte aller Neuronen in ihrem Gehirn und Nervenstrang und der Verbindungen zwischen ihnen. Die Zahlen belaufen sich auf mehr als 166.000 Neuronen und rund 125 Millionen Verbindungen, was es zur größten Gehirnkarte nach Neuronenzahl macht, die jemals fertiggestellt wurde. Die Arbeit wurde vom FlyEM-Team am Janelia Research Campus des Howard Hughes Medical Institute zusammen mit der Cambridge Connectomics Group und Google Research geleitet und in der Zeitschrift Cell unter dem Titel „Sexual dimorphism in the complete connectome of the Drosophila male central nerve system“ veröffentlicht.

Ein Connectome ist ein Schaltplan und wird auf die harte Tour erstellt. Sie schneiden ein Gehirn in Abschnitte, die dünner als eine Lichtwellenlänge sind, fotografieren sie mit einem Elektronenmikroskop und verfolgen dann jedes einzelne Neuron durch Tausende von Bildern, um zu sehen, wohin es geht und was es berührt. Dies von Hand für 125 Millionen Verbindungen zu bewerkstelligen, ist nicht nur langsam, sondern auch unmöglich, und hier kommt das maschinelle Lernen ins Spiel: Modelle, die darauf trainiert sind, dem Umriss einer einzelnen Zelle Bild für Bild zu folgen, führen den ersten Durchgang durch, und Menschen überprüfen und korrigieren. Diese Partnerschaft ist der Grund dafür, dass eine vollständige Karte jetzt und nicht erst in fünfzig Jahren existiert. Jeder kann das Ergebnis in Neuroglancer öffnen, dem kostenlosen Tool, das Google zum Durchsuchen riesiger Bilddatensätze entwickelt hat, und einem Neuron folgen. 404 Medien berichten, dass die simulierte Flugschaltung bereits für neuartige Projekte genutzt wurde, darunter auch für die Wiedergabe von Doom, was mehr über das Internet als über Neurowissenschaften verrät.

Was steckt dahinter

Der Grund, warum eine männliche Karte wichtig ist, wenn ein weibliches Fliegenhirn bereits kartiert wurde, liegt im Titel der Arbeit: Sexualdimorphismus, die Unterschiede zwischen den Geschlechtern. Wenn beides vorhanden ist, können Forscher fragen, welche Schaltkreise sich unterscheiden und wie diese Unterschiede zu unterschiedlichem Verhalten führen. Dies ist eine viel schärfere Frage, als alles, was eine einzelne Karte zulässt. Es lohnt sich auch, genau zu sagen, was ein Connectome nicht ist. Ein Schaltplan sagt Ihnen, was mit was verbunden ist, nicht wie stark jede Verbindung zündet, welche Chemikalien beteiligt sind oder wie sich etwas davon verändert, während das Tier lernt. Die Kenntnis des Schaltkreises ist ein Ausgangspunkt für das Verständnis von Verhalten, nicht die Ziellinie, und Forscher auf diesem Gebiet sind sich darüber durchweg klarer, als es die Schlagzeilen normalerweise sind.

Was das für Sie bedeutet: Für die meisten von uns ist dies kein Tool, sondern ein gutes Beispiel dafür, was KI derzeit tatsächlich gut macht, und es sieht überhaupt nicht wie ein Chatbot aus. Hier gibt es keine kluge Begründung: Die Modelle erfüllen eine eng begrenzte Wahrnehmungsaufgabe, folgen einer dünnen grauen Linie durch einen Stapel Fotos, und zwar in einem Maßstab und einer Konsistenz, mit der kein Team von Menschen mithalten kann. Dieses Muster, ein eng gefasstes Modell, das enorm viel Aufmerksamkeit auf sich zieht, während Wissenschaftler die Fragen stellen, steht im Stillen hinter vielen jüngsten Fortschritten in der Biologie und in den Materialien. Wenn Sie neugierig sind: Die Daten sind öffentlich und können kostenlos im Browser durchsucht werden, was nach einem Jahrzehnt der Forschung eine ziemlich schöne Sache ist.

Quellen

• Google Research: Ein Meilenstein der Connectomics, der das komplette Gehirn männlicher Fruchtfliegen kartiert
• Janelia Research Campus: Forscher enthüllen Konnektom des zentralen Nervensystems männlicher Fruchtfliegen
• HHMI: Connectome wird fertiggestellt
• 404 Media: Ein digitales Fliegenhirn hat das Internet übernommen