يريد العلماء تتبع دماغ السمكة الشفافة في الوقت الفعلي: NPR

يقوم أحد أفضل المراكز العالمية لعلوم الدماغ بمقامرة ضخمة على سمكة صغيرة شفافة.

أعلن مجمع أبحاث جانيليا التابع لمعهد هوارد هيوز الطبي بالقرب من واشنطن العاصمة، عن محاولة لاستخدام الذكاء الاصطناعي وسمكة غير عادية تسمى دانيونيلا لفهم كيفية تحكم الدماغ في السلوكيات المعقدة مثل التفاعل الاجتماعي.

هل تريد أحدث القصص عن علم الحياة الصحية؟ اشترك في NPR النشرة الصحية.

يقول جيري روبين، المدير التنفيذي المؤسس لجانيليا ورئيس قسم الأحياء: “إنه رهان كبير ومحفوف بالمخاطر”. “ولكن هذا ما يجعلها مثيرة للاهتمام.”

وتخطط جانيليا لزيادة المساحة المخصصة لصيد الأسماك ثلاث مرات إلى 6000 قدم مربع، مما سيوفر مساحة لآلاف الدبابات الجديدة. ويتوقع القادة أن يتزايد عدد العلماء العاملين عليه دانيونيلا ومن المرجح أن يرتفع من حوالي 10 إلى 100 أو أكثر.

ويقولون إن المردود سيكون يستحق العناء، لأنه من خلال مشاهدة وظيفة دماغ السمكة بأكملها في الوقت الفعلي، يأمل الباحثون في جانيليا في معرفة بالضبط كيف يحرك الدماغ السلوك في الأنواع الأخرى، بما في ذلك البشر.

يقول نيلسون سبروستون، المدير التنفيذي لجانيليا: «لقد تطورنا جميعًا من الأسماك، وأدمغتنا تشترك في العديد من سمات أدمغة الأسماك».

الدماغ كصندوق أسود

في السباق لفهم أدمغتنا، دانيونيلا لديه بعض المزايا الرئيسية مقارنة بالمخلوقات المخبرية الأكثر شيوعًا مثل القوارض.

في معظم الأنواع، يكون الدماغ مخفيًا بواسطة جمجمة وجلد، مما يجعل من الصعب مراقبته. دانيونيلا الأسماك، في المقابل، تفتقر إلى الجزء العلوي من جمجمتها ولها جلد شفاف.

لكن دانيونيلا ليست مفهومة جيدًا مثل النماذج المخبرية الأخرى، مثل أسماك الحمار الوحشي، والتي تكون أكبر حجمًا وشفافة فقط في مرحلة اليرقات.

وهذا جزئيا بسبب المخ دانيونيلاولم يتم تحديد الأنواع التي يفضلها علماء الأعصاب رسميًا كنوع منفصل حتى عام 2021. ومع ذلك، في السنوات الأخيرة، بدأت تظهر في المزيد من المختبرات.

“” أن يكون الحيوان صافي الرأس، و الجسم صافيا [is] يقول مات لوفيت بارون، وهو عالم يدرس: “مفيد للغاية لعلم الأعصاب”. دانيونيلا في جامعة كاليفورنيا، سان دييغو.

من الذباب إلى الأسماك

تشتهر جانيليا بعملها على ذباب الفاكهة، وخاصة مشروع عام 2024 الذي أدى إلى رسم خرائط لجميع الوصلات البالغ عددها 54.5 مليون في دماغ الحشرة.

حان الوقت الآن لكي تواجه جانيليا تحديًا جديدًا وجريئًا، كما يقول رئيس معهد HHMI، إيرين أوشي، وهو التحدي الذي يمكن أن يساعد في حل أحد الألغاز الأساسية في علم الأحياء.

يُعرف هذا السؤال بسؤال سلوك الدماغ، وهو يسأل كيف يمكن للعمليات الفيزيائية، مثل تحفيز الخلايا العصبية، أن تؤدي إلى أشياء مثل الذاكرة والخبرات وصنع القرار.

يعتقد العلماء في جانيليا أنه لا يمكن الإجابة على هذا السؤال بمجرد دراسة أجزاء من دماغ الحيوان.

يقول روبن: “إذا كنت تريد حقًا أن تفهم كيف يعمل الدماغ ككل، فأنت بحاجة حقًا إلى رؤية جميع الخلايا العصبية تعمل في وقت واحد”.

ويقول إن وجود سمكة شفافة يجعل ذلك أسهل، ولكنه يعني أيضًا أن الباحثين سيتعاملون مع عدد من الخلايا العصبية يبلغ ثلاثة أضعاف ما فعلوه في ذباب الفاكهة.

يقول روبن: “سينتج عن ذلك الكثير من البيانات، وسنحتاج إلى شيء مثل الذكاء الاصطناعي لتحليلها”.

نوع جديد من العلوم

جزء من خطة جانيليا هو إنشاء أدوات تسهل على العلماء في كل مكان الدراسة دانيونيلا.

وهذا يعني أن المركز سيتعين عليه إنشاء خريطة لكل اتصال في دماغ السمكة، مثلما فعل المركز مع ذبابة الفاكهة. ويعني أيضًا تطوير طرق للعلماء للعمل بالشراكة مع الذكاء الاصطناعي لتحقيق الاكتشافات بسرعة أكبر.

في الوقت الحالي، على سبيل المثال، غالبًا ما يتجمد العلماء دانيونيلا الأسماك لدراسة أدمغتها. يقول سبروستون إن العلماء في جانيليا يريدون تغيير ذلك.

ويقول: “الهدف النهائي هو إجراء هذه التجارب على حيوانات تسبح بحرية”. “وهذا سيتطلب منا معالجة بعض التحديات الهندسية الخطيرة.”

العلماء يدرسون بالفعل دانيونيلا سوف يرحب بهذه التطورات.

يقول لوفيت بارون، على سبيل المثال، إن الأدوات الجديدة ستساعده في دراسة كيفية استخدام الأسماك للمعلومات المرئية لمزامنة نشاطها عندما تذهب إلى المدرسة.

ويقول: “إننا نضع حيواناتنا في بيئات الواقع الافتراضي بشكل فعال – مثل ألعاب الفيديو الصغيرة مع شركاء اجتماعيين افتراضيين”.

ثم يراقب العلماء أدمغة الأسماك وهي تدير الحياة الاجتماعية المزدحمة للحيوانات.

يقول لوفيت بارون إن الأدوات والتقنيات الأفضل لمراقبة تلك الأدمغة من شأنها أن تجعل العمل يسير بشكل أسرع.

وحتى في هذه الحالة، فإن الإجابة على سؤال سلوك الدماغ هي هدف طويل المدى، كما يقول أوشي.

“سأكون سعيدًا إذا فعلنا ذلك خلال 10 سنوات [understand] تقول: “فقط سلوك واحد معقد في الأسماك، مثل التعليم”.

وتقول إن علماء جانيليا يحرزون بالفعل تقدمًا على جبهات أخرى، مثل مراقبة نشاط الكثير من الخلايا العصبية في وقت واحد.

وتقول: لقد نجحوا مع يرقات أسماك الحمار الوحشي، التي تحتوي على حوالي 80 ألف خلية عصبية. لذلك ينبغي أن يكون من الممكن الارتقاء للبالغين دانيونيلا الأسماك، والتي يبلغ عددها حوالي 650.000.

وبالمقارنة، فإن أدمغة الإنسان تحتوي على حوالي 86 مليار خلية عصبية.