Fly's Brain - A Komputer High-Speed: Neurobiologists Gunakan Metode State-of-the-Art-untuk Decode Dasar dari Motion Detection

Apa gunanya menggelar kejuaraan sepak bola dunia jika kita tidak bisa membedakan bola dari latar belakangnya? Cukup terpikirkan! Tapi sekali lagi, ia tidak akan menjadi fantastis jika striker tim favorit Anda bisa melihat gerakan bola dalam gerakan lambat! Sayangnya, keunggulan ini hanya milik lalat.

 

Otak menit dari proses gerakan akrobat berhubung dgn ilmu penerbangan visual dalam fraksi hanya detik. Hanya bagaimana otak lalat mengelola untuk melihat gerak dengan kecepatan dan presisi seperti diperkirakan cukup akurat dengan model matematis. Namun, bahkan setelah 50 tahun penelitian, itu masih merupakan misteri tentang bagaimana sel-sel syaraf sebenarnya saling terkait dalam otak lalat. Para ilmuwan di Institut Max Planck Neurobiologi sekarang orang pertama yang berhasil membangun kondisi teknis yang diperlukan untuk decoding mekanisme yang mendasari visi gerakan. Analisis pertama telah menunjukkan bahwa lebih banyak yang masih harus ditemukan.
Penelitian ini diterbitkan dalam jurnal Nature Neuroscience (11 Juli 2010).
Kembali pada tahun 1956, model matematika yang dikembangkan memprediksi bagaimana pergerakan otak lalat diakui dan diproses. eksperimen tak terhitung jumlahnya telah sejak mendukung semua asumsi model ini. Apa masih belum jelas, bagaimanapun, adalah pertanyaan untuk yang sel syaraf kabel satu sama lain dalam otak terbang untuk yang kedua berfungsi seperti yang diramalkan dalam model. "Kami benar-benar tidak memiliki peralatan teknis untuk memeriksa tanggapan dari masing-masing dan setiap sel di dalam otak lalat kecil, tapi bertenaga tinggi," sebagai Dierk Reiff dari Institut Max Planck Neurobiologi di Martinsried menjelaskan. Itu tidak mengherankan, mengingat ukuran menit dari daerah otak yang bertanggung jawab untuk deteksi gerak lalat. Di sini, seperenam dari satu milimeter kubik materi mengandung sel-sel otak lebih dari 100.000 saraf - masing-masing memiliki beberapa sambungan ke sel tetangganya. Walaupun tampaknya hampir mustahil untuk memilih reaksi sel tertentu untuk setiap stimulus gerakan tertentu, ini justru apa yang neurobiologists di Martinsried sekarang berhasil di lakukan.
Otak lalat beats komputer manapun
Aktivitas listrik dari sel saraf individu biasanya diukur dengan bantuan elektroda sangat halus. Dalam terbang, bagaimanapun, sebagian besar sel-sel syaraf terlalu kecil untuk bisa diukur dengan menggunakan metode ini. Namun demikian, karena terbang adalah hewan model di mana persepsi gerak telah dipelajari secara detail yang paling, para ilmuwan semua semakin bertekad untuk hadiah rahasia-rahasia dari otak serangga. Sebuah insentif lebih lanjut adalah kenyataan bahwa, meskipun jumlah sel-sel saraf di terbang adalah relatif kecil, mereka sangat khusus dan proses aliran gambar dengan presisi besar, sementara terbang berada dalam penerbangan. Lalat sehingga dapat memproses sejumlah besar informasi tentang gerak yang tepat dan gerakan di lingkungan mereka secara real time - suatu prestasi yang tidak ada komputer, dan tentunya tidak ada ukuran otak lalat, bisa berharap untuk mencocokkan. Jadi, tidak mengherankan bahwa sistem mengartikan ini adalah usaha senilai-sementara.
Molekul dan mikroskop fluoresensi state-of-the-art
"Kami harus menemukan beberapa cara untuk mengamati aktivitas sel-sel saraf kecil tanpa elektroda," jelas Dierk Reiff salah satu tantangan yang dihadapi para ilmuwan. Untuk mengatasi rintangan ini, para ilmuwan menggunakan lalat buah Drosophila melanogaster dan beberapa metode genetik paling up-to-date tersedia. Mereka berhasil memperkenalkan indikator molekul TN-XXL ke dalam sel saraf individu. Dengan mengubah sifat neon nya, TN-XXL menunjukkan aktivitas sel-sel saraf.
Untuk mengkaji bagaimana otak lalat buah gerak proses, neurobiologists disajikan serangga dengan bergerak pola garis pada layar dioda cahaya. Saraf sel di lalat 'otak bereaksi terhadap dorongan-dorongan lampu LED dengan menjadi aktif, sehingga menyebabkan pencahayaan dari molekul indikator untuk berubah. Meskipun perubahan pencahayaan TN-XXL adalah jauh lebih tinggi daripada molekul indikator mantan, butuh beberapa waktu untuk menangkap jumlah ini relatif kecil dan untuk memisahkan terang dari dorongan-lampu LED. Setelah bingung memikirkan ini untuk sementara waktu, Namun, Dierk Reiff memecahkan masalah ini dengan sinkronisasi mikroskop 2-photon-laser dengan layar LED di toleransi hanya beberapa mikrodetik. Sinyal TN-XXL kemudian dapat dipisahkan dari lampu LED dan selektif diukur dengan menggunakan 2-foton-mikroskop.
Sel-sel di belakang model
"Akhirnya, setelah lebih dari 50 tahun mencoba, sekarang teknis mungkin untuk memeriksa konstruksi selular dari detektor gerakan dalam otak lalat," melaporkan Alexander senang Borst, yang telah mengejar tujuan ini di departemennya untuk beberapa tahun. Seberapa banyak yang harus ditemukan diwujudkan selama aplikasi yang sangat pertama dari metode baru. Para ilmuwan mulai dengan mengamati aktivitas sel dikenal sebagai L2-sel yang menerima informasi dari fotoreseptor mata. The fotoreseptor bereaksi ketika intensitas cahaya meningkat atau menurun. Reaksi sel L2-mirip di bagian sel dimana informasi dari fotoreseptor yang diangkat. Namun, neurobiologists menemukan bahwa L2-sel mengubah data ini dan pada khususnya, bahwa hanya relay informasi tentang pengurangan intensitas cahaya pada sel-sel saraf berikut. Yang terakhir ini kemudian menghitung arah gerakan dan meneruskan informasi ini pada sistem kontrol penerbangan. "Ini berarti bahwa informasi yang" cahaya pada "disaring oleh sel L2-," merangkum Dierk Reiff. "Hal ini juga berarti, bagaimanapun, bahwa sel jenis lain harus lulus pada cahaya" pada "perintah, sejak terbang bereaksi terhadap kedua jenis sinyal."
Sekarang bahwa langkah pertama telah diambil, para ilmuwan berniat untuk menguji - sel oleh sel - rangkaian deteksi gerak di otak terbang untuk menjelaskan bagaimana menghitung informasi gerakan di tingkat selular. rekan-rekan mereka dari proyek Robotika bersama yang dgn tdk sabar menunggu hasil.