Forschenden ist es gelungen, sämtliche Neuronen im Gehirn einer männlichen Fruchtfliege zu kartieren – das zweite vollständige Konnektom eines Drosophila-Gehirns, nach der Karte eines Weibchens, die Anfang des Jahres veröffentlicht wurde. Die Arbeit entstand in Zusammenarbeit zwischen Biologen des Janelia Research Campus des Howard-Hughes-Medizin-Instituts und Informatikern von Google und wird in einem Papier in Cell beschrieben.
Ein Konnektom ist ein vollständiger Katalog der Neuronen eines Gehirns und der Synapsen, die sie verbinden. Das Nervensystem der Fruchtfliege umfasst rund 150.000 Neuronen; die neue Karte erfasste allein im Gehirn über 300 Millionen synaptische Verbindungen. Rund vier Jahre und ein Team von etwa 50 Personen waren nötig: Biologen zerteilten ein Fliegengehirn in tausende Scheiben für die Elektronenmikroskopie, während KI-Modelle die Bilder wieder zusammensetzten, Zellmembranen durch den Raum verfolgten und Synapsen markierten. Menschliche Korrekturleser stimmten iterativ ab, wie aggressiv die Algorithmen eine Verbindung als Synapse einstufen sollten.
Dank der Karten beider Geschlechter lässt sich nun untersuchen, wie das Geschlecht ein Gehirn prägt. Das Team identifizierte 289 Neuronen, die es nur bei Männchen gibt, 71 nur bei Weibchen und 138, die je nach Geschlecht unterschiedliche Formen oder Verbindungen ausbilden. Viele Unterschiede lassen sich auf die Geschlechtsbestimmungsgene doublesex und fruitless zurückführen, aber nicht alle – und die geschlechtsspezifischen Neuronen sitzen überwiegend in integrativen, entscheidungsfindenden Regionen statt in sensorischen oder motorischen Schaltkreisen. Sexuelle Unterschiede scheinen also vor allem die höhere Verarbeitung zu beeinflussen.
Die Karten sind auch ein Meilenstein für die Konnektomik: Gerry Rubin vom Janelia Research Campus und Michal Januszewski von Google argumentieren, dass erst die Kombination aus KI und fachkundigem Korrekturlesen solche Aufgaben bewältigbar mache. Die Hoffnung ist, dass ein künftiges Maus-Konnektom – mit tausendmal mehr Neuronen – mit einem ähnlich großen Team machbar wäre und dass die Fliegenkarten die Neurobiologie ähnlich beschleunigen wie einst das Fliegengenom.
