Wetenschap

Dierenbrein voor het eerst zo gedetailleerd in kaart gebracht

Dit gekleurde 3D-netwerk van neurale verbindingen is van een fruitvlieg en kan wetenschappers meer inzicht geven in het gedrag van dieren.maandag 23 juli 2018

Door Maya Wei-Haas
Bekijk een vliegenbrein eens van heel dichtbij
Bekijk een vliegenbrein eens van heel dichtbij

De kleurrijke wirwar is een belangrijke prestatie van wetenschappers die onderzoek doen naar iets ongelooflijk kleins: de hersenen van een fruitvliegje. Het brein van een volwassen fruitvlieg is niet veel groter dan een maanzaadje, maar toch verrassend complex.

Deze insecten staan bekend om hun verzorgingsrituelen en complexe baltsgedrag, en ze zijn in staat om hun omgeving te leren kennen en te herinneren. Verrassend genoeg doen enkele van de structuren die in het fruitvliegjesbrein voor deze gedragingen verantwoordelijk zijn, sterk denken aan die van hogere diersoorten, waaronder de mens.

De nieuwe visualisering werd deze week in het tijdschrift Cellgepresenteerd en biedt onderzoekers de kans om het traject van één enkele neuron door de wirwar van verbindingen te volgen. Het gaat om het grootste dierlijke brein dat tot nu toe in zulke hoge resolutie is afgebeeld. 

“Ik denk dat dit de richting is die de biologie zou moeten inslaan,” zegt Kate O'Neill, een postdoctoral fellow van de National Institutes of Health die niet bij het nieuwe onderzoek was betrokken. “We zouden zoveel informatie kunnen verzamelen, maar we worden beperkt door de technologie.”

Om de nieuwe beelden te creëren moesten de wetenschappers eerst de hersenen van een vliegje isoleren en vervolgens in een marinade van zware metalen onderdompelen. De metalen bonden zich aan de neuronen en de verbindingen ertussen, zodat ze door de beeldtechnologie herkend konden worden. Vervolgens legden de onderzoekers het minuscule brein in hars en lieten dat uitharden, zodat het met behulp van een diamantmes in ultradunne plakjes – veel dunner dan de breedte van een haar – kon worden gesneden.

Daarna werd elk plakje afzonderlijk met behulp van elektronenbundels in een elektronenmicroscoop gescand. In totaal creëerden de onderzoekers zo 21 miljoen beelden van ruim 7000 plakjes hersenen, die ze uiteindelijk samenvoegden om tot deze verbluffende 3D-afbeelding van het vliegjesbrein te komen.

De fruitvlieg is niet het eerste dier waarvan de schedel is gelicht ten behoeve van een hersenscan; ook de larven van de zebravis en de bromvlieg vielen die ‘eer’ te beurt. Voor alle duidelijkheid: de wetenschappers hebben alleen de neurale verbindingspunten in het vliegenbrein op beeld vastgelegd en nog niet alle neuronen in de hersenen van een volwassen fruitvlieg (zo’n honderdduizend) in kaart gebracht. Momenteel wordt het volgen van neuronen grotendeels met de hand gedaan, maar de onderzoekers werken aan het automatiseren van dat monnikenwerk.

“Een mens moet tweeduizend beelden bekijken om te zien hoe zo’n ding zich over een afstand van honderd micron verplaatst,” zegt Davi Bock, neurobioloog aan de onderzoekscampus Janelia van het Howard Hughes Medical Institute en medeauteur van de studie. “Het is echt belachelijk.”

Gezien deze uitdaging toont de hier getoonde spectaculaire regenboog slechts vijf procent van het totale aantal neurale verbindingen. Desalniettemin zijn de onderzoekers erin geslaagd een verbluffend gedetailleerde kaart van neurale verbindingspunten te creëren, waardoor ze meer inzicht kunnen krijgen in dit complexe doolhof.

De gegevens zijn nu online beschikbaar, zodat iedere wetenschapper een specifiek neuron kan uitkiezen en de in- en ouputs van de bijbehorende verbindingen kan volgen, zegt Bock.

“En sommige ervan zullen verrassingen opleveren.”

Lees ook: 'Herinneringen in muizen kunnen worden aangepast. Zijn wij hierna aan de beurt?'

Lees meer