Aan het begin van DNA onderzoek dat uiteindelijk heeft geleid tot een volledig overzicht van de menselijke genetica, het ‘human genoom’ genoemd, staat een heel klein beestje dat we allemaal kennen: de fruitvlieg. Drosophilidae, zoals deze familie bekend is in de biologie, heeft veel varianten. Hiervan is de bananenvlieg, ofwel Drosophilia melanogaster, het bekendst. Hun chromosomen zijn zo groot dat ze onder een normale microscoop bestudeerd kunnen worden. Ze kunnen gemakkelijk en goedkoop gekweekt worden, weet iedereen die in het bezit is van een vuilnisbak die ooit fruit-afval zag.
Vergunning
‘Dauwliefhebber met een zwarte buik’ is de letterlijke vertaling van de Oudgriekse soortnaam Drosophila melanogaster. Voor het kweken van dit vliegende onderzoekslaboratorium is geen vergunning nodig (het zou wat worden zeg) zoals voor muizen, apen, en andere proefdieren nodig is. Ze worden gebruikt voor onderzoek naar ziekten als kanker, alzheimer en parkinson.
In de moleculaire biologie, tegenwoordig een van de pijlers van de genetica, wordt steeds meer onderzoek gedaan naar de bouw van de biologische neurale netwerken. De kennis die daarmee wordt opgedaan kan weer ingezet worden in de digitale equivalent, die een onderdeel geworden is van het onderzoek naar kunstmatige intelligentie.
Revolutionair is de complete kaart van het brein van de fruitvlieg. Elke neurale verbinding is vastgelegd. Neuroscience- en AI-onderzoekers noemen dit een belangrijke stap, waar 50 jaar naartoe is gewerkt door onderzoekers van de universiteiten van Cambridge en John Hopkins. Eerder brachten de wetenschappers al het brein van de ringworm Caenorhabditis elegans, de larve Ciona intestinalis en de in water levende worm Platynereis dumerilii in vaart. Deze waren veel simpeler gebreind dan dat van de fruitvlieg.
Connectome
De hoge resolutie ‘connectome’ (neurale-netwerk-kaart) toont 3016 zenuwen en 548.000 verbindingen daartussen. Onderzoeker Joshua T. Vogelstein van het Hopkins onderzoeksinstituut noemt dit een mijlpaal, na 12 jaar onderzoek. Dat vergde de inzet van een electronen microscoop om het brein van de zes uur oude vrouwelijke larve -ter grootte van een korreltje zand- in duizenden plakjes te snijden. Terwijl de microscoop een foto nam van elke plak, kostte het fotograferen van elke zenuw een complete dag.
Het onderzoek was multi-disciplinair en omvatte neuroscience, microbiologie en computer wetenschap. De gedetailleerde kaart toont elke zenuw en verbinding en geeft fascinerende inzichten in ons denken en gedrag, zoals hoe de drukste verbindingen van en naar het leer-centum in het brein leiden.
Fruitvliegen hebben relatief ingewikkelde leer- en besluitvormings-processen, en omdat ze veel bestudeerd zijn is het wat eenvoudiger om de kaart in te vullen met kennis uit eerder onderzoek. Fascinerend is dat de kaart overeenkomsten toont met Machine Learning computer architectuur.
Menselijk brein-netwerk
Volgens Vogelstein zal wat we leren uit de fruitvlieg-breinen gebruikt kunnen worden in het onderzoek naar het menselijk brein. Men wil een programma schrijven voor een menselijk brein-netwerk. Hiervoor is men nu druk bezig met het onderzoeken van het brein van de muis, waarvan verwacht wordt dat we in het komende decennium ook een kaart van dat brein hebben, met een complexiteit die miljoenen malen groter is dan dat van de dauwliefhebber.
Pas wanneer we computers hebben die triljoenen verbindingen kunnen volgen, kunnen we het menselijk brein op deze manier vastleggen en bestuderen.
