ด้วยความประหลาดใจพวกเขาพบการเปลี่ยนแปลงในระดับใหญ่ในโครงสร้างของวงจรประสาทหรือทางเดินในเวิร์มแต่ละตัวซึ่งเสริมชุดหลักของวงจรประสาทที่เหมือนกันกับสัตว์ต่างๆ

นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าสมองของเวิร์มอาจมีความคล้ายคลึงกับสัตว์ขนาดใหญ่มากกว่าที่เคยคิดไว้

สร้างโดยนักประสาทวิทยาที่มหาวิทยาลัยลีดส์ร่วมกับนักวิจัยในวิทยาลัยแพทยศาสตร์อัลเบิร์ตไอน์สไตน์ของนิวยอร์กแผนที่สมองเผยให้เห็นว่าพื้นที่เชิงพื้นที่ที่แตกต่างกันสนับสนุนวงจรพิเศษที่แตกต่างกันสำหรับการกำหนดเส้นทางข้อมูลในสมองซึ่งข้อมูลจะถูกรวมเข้าด้วยกันก่อนที่จะดำเนินการ

การศึกษาที่มีการเผยแพร่ในวันนี้ (24 กุมภาพันธ์) ในวารสารทางวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ

C. elegansเป็นไส้เดือนฝอยที่กินแบคทีเรียที่พบในพืชที่เน่าเปื่อยในสวนของคุณ มีความยาวประมาณมิลลิเมตรและบางเท่าเส้นผมของมนุษย์

หนอนตัวเต็มวัยมีเซลล์ 302 เซลล์ในระบบประสาทโดยเปรียบเทียบแล้วสมองของมนุษย์มีเซลล์ประมาณ 100 พันล้านเซลล์ แต่เกือบสองในสามของเซลล์ประสาทของหนอนก่อตัวเป็นวงแหวนที่บริเวณศีรษะซึ่งพวกมันเชื่อมต่อกันเป็นพัน ๆ

"สมอง" นี้เป็นศูนย์กลางการควบคุมของสัตว์ซึ่งส่วนใหญ่จะมีการรับรู้และการตัดสินใจเกิดขึ้น

แม้ว่าสมองจะมีขนาดกะทัดรัดมาก แต่สัตว์ก็แสดงพฤติกรรมที่ซับซ้อนหลายอย่างและนักประสาทวิทยาสนใจที่จะทำความเข้าใจกับสมองของมันมานานหลายทศวรรษแล้ว การศึกษาก่อนหน้านี้ได้สร้าง "แผนภาพการเดินสาย" สำหรับการเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ประสาท

แม้ว่าการศึกษาล่าสุดนี้เป็นครั้งแรกที่ให้พิกัดเชิงพื้นที่ที่สมบูรณ์แก่แผนภาพวงจรเหล่านั้น

ศาสตราจารย์เน็ตตาโคเฮนนักประสาทวิทยาเชิงคำนวณของมหาวิทยาลัยลีดส์ผู้ดูแลการวิจัยกล่าวว่า“ สมองจำเป็นต้องจัดระเบียบการไหลของข้อมูลเพื่อควบคุมพฤติกรรมของสัตว์ แต่โครงสร้างและหน้าที่ของสมองเกี่ยวข้องกันอย่างไรเป็นคำถามเปิดให้ การแสดงเชิงพื้นที่ของวงจรทำให้เราค้นพบโครงสร้างแบบแยกส่วนของสมองของสัตว์ตัวนี้ "

การสร้างแผนที่สมอง

นักวิจัยได้ใช้คอลเลคชันภาพจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนในสมองของหนอนไส้เดือนฝอยที่เป็นผู้ใหญ่และเด็กและผู้ใหญ่ ภาพเหล่านี้เผยให้เห็นเซลล์สมองหรือเซลล์ประสาทแต่ละเซลล์ทำให้นักวิจัยสามารถทำแผนที่องค์กรของวงจรประสาทของเวิร์มตั้งแต่ระดับของเซลล์แต่ละเซลล์ไปจนถึงสถาปัตยกรรมขนาดใหญ่ของสมองทั้งหมด

โครงสร้าง - หน้าที่ของสมอง

นักวิทยาศาสตร์ระบุว่าวงจรประสาทและทางเดินภายในสมองเป็นที่รู้จักเช่นวงจรประสาทนำทางซึ่งสัตว์จะใช้ในการติดตามกลิ่นและรสชาติเพื่อหาอาหาร อีกวงจรหนึ่งถูกคิดว่าช่วยให้เกิดความรู้สึกทางกลไกดังนั้นมันจะรู้สึกได้ในขณะที่มันดิ้นผ่านดินหรือรู้สึกได้ว่ามันถูกล้อมรอบไปด้วยแบคทีเรีย

ทฤษฎีของพวกเขาคือข้อมูลถูกประมวลผลในสมองของหนอนผ่าน "เลเยอร์" หลายชั้น ในความเป็นจริงแล้วโครงสร้างชั้นที่คล้ายกันนั้นพบได้ในสมองของมนุษย์ การไหลของข้อมูลเริ่มต้นในเซลล์ประสาทสัมผัสซึ่งตอบสนองต่อสิ่งแวดล้อม ตัวอย่างเช่นเซลล์อาจรับรู้ถึงแบคทีเรีย แต่เป็นแบคทีเรียที่เหมาะสมที่จะกินอาหารพวกมันมีกลิ่นเหมือนแบคทีเรียที่ "ถูกต้อง" หรือไม่? คำตอบต้องการข้อมูลที่รวมเข้าด้วยกันจากประสาทสัมผัสหลายส่วนก่อนที่จะส่งไปยังพื้นที่สั่งการของสมองเพื่อดำเนินการ

ศาสตราจารย์โคเฮนกล่าวว่า: "แผนที่สมองเผยให้เห็นโครงสร้างที่สง่างามมากเพื่อรองรับการไหลของข้อมูลผ่านสมองของหนอนและมีความซับซ้อนมากกว่าการมองแบบเดิม ๆ ที่สัตว์ธรรมดาเดินตามเส้นทางตอบสนองต่อสิ่งเร้า

"แผนที่แสดงให้เห็นถึงการบรรจบกันของวงจรประสาทที่แตกต่างกันและสิ่งนี้ทำให้หนอนสามารถรวมตัวชี้นำต่างๆที่ได้รับผ่านเซลล์ประสาทสัมผัสและประสานการตอบสนองได้"

การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างสมอง

ในระหว่างการศึกษาของพวกเขานักวิจัยรู้สึกประหลาดใจที่พบว่าสมองของเวิร์มมีความแปรปรวนมากน้อยเพียงใด

C elegansเป็นสัตว์ที่มีการศึกษามากที่สุดในชีววิทยา ในช่วงชีวิตของหนอนวิธีที่เซลล์แบ่งตัวและเติบโตเป็นไปตามพิมพ์เขียวที่เข้มงวดซึ่งสังเกตได้จากทุกสายพันธุ์ แต่เมื่อพูดถึงเซลล์สมองดูเหมือนว่าจะมีการเปลี่ยนแปลงในระดับสูงในการที่เซลล์สมองสร้างการติดต่อกับเซลล์ข้างเคียงเพื่อสร้างวงจรประสาท

ด้วยการใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์และคอมพิวเตอร์นักวิทยาศาสตร์สามารถแยกแยะระหว่างการเชื่อมต่อที่น่าจะก่อตัวเป็นวงจร "แกนกลาง" ในประชากรสัตว์จำนวนมากและสิ่งที่ดูเหมือนจะแปรผันระหว่างบุคคล

ดร. คริสโตเฟอร์บริตตินอดีตนักศึกษาปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยลีดส์และผู้เขียนบทความคนแรกกล่าวว่า“ งานนี้ตั้งคำถามที่น่าสนใจเกี่ยวกับว่าระบบประสาทที่ดูเหมือนเรียบง่ายสามารถรองรับวงจรสมองทั้งแกนกลางและแบบรายบุคคลได้อย่างไร”

นักวิทยาศาสตร์พบว่ามีเพียงประมาณครึ่งหนึ่งของการเดินสายในสมองของเวิร์มที่ใกล้เคียงกัน - อีกครึ่งหนึ่งแสดงให้เห็นการเปลี่ยนแปลง

ศาสตราจารย์โคเฮนกล่าวเพิ่มเติมว่า“ การค้นพบนี้เป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้นสำหรับเราอย่างแรกสิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าสมองของหนอนมีความคล้ายคลึงกับสมองของสัตว์ชั้นสูงมากกว่าที่เรารู้หรือคาดคิดไว้และบทเรียนที่ได้รับเกี่ยวกับเวิร์มสามารถช่วยให้เราเรียนรู้เกี่ยวกับสมองได้ ให้เป็นปกติมากกว่านี้."

การเชื่อมต่อที่ผันแปรอาจสนับสนุนความแตกต่างความซ้ำซ้อนและความสามารถในการปรับตัวของสมองในขณะที่สัตว์เผชิญกับสภาพแวดล้อมที่ท้าทายอันตรายและเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา