والآن، هناك إنجاز بارز في علم الأعصاب يستعد لتغيير كل ذلك. فبعد عقود من العمل المضني، قام الباحثون ببناء أول مخطط شامل للأسلاك أو "كونيكتوم" لدماغ بالغ بأكمله. وليس فقط أي دماغ، بل ينتمي هذا المخطط إلى ذبابة الفاكهة المتواضعة، ذبابة الفاكهة ذبابة الفاكهة الميلانوغاستر. وعلى الرغم من أن دماغ الذبابة قد يبدو بعيداً كل البعد عن دماغ الإنسان، إلا أن هذا الإنجاز الرائع يمثل خطوة كبيرة إلى الأمام في سعينا لفك شفرة عمل الدماغ الداخلي.

يقدّم مخطط التوصيل الجديد لذبابة الفاكهة الموصوف في دراسة حديثة نُشرت في مجلة Nature، مستوى غير مسبوق من التفاصيل حول الدوائر العصبية للذبابة. يشمل 139,255 139,255 خلية عصبية مذهلة و 54.5 مليون وصلة متشابكة، ويمثل أشمل مخطط أسلاك دماغية كاملة على الإطلاق. لا يسلط هذا المورد الرائع الضوء على المبادئ التنظيمية للدماغ العامل فحسب، بل يقدم أيضاً لمحة محيرة لما قد يكون ممكناً بينما نركز أنظارنا على رسم خريطة للدماغ البشري.

ولتقدير أهمية هذا الإنجاز، يجب علينا أولاً أن نفهم التحديات التي طال أمدها والتي أعاقت التقدم في مجال علم الاتصالات، وهو المجال المخصص لرسم خرائط الشبكات العصبية. إن تتبع الشبكة المعقدة من الروابط بين الخلايا العصبية مهمة معقدة للغاية، وتتطلب تقنيات تصوير متخصصة وقوة حاسوبية لم تتوفر إلا مؤخراً.

تاريخيًا، اقتصرت الجهود المبذولة لإعادة بناء الدوائر العصبية على أجزاء صغيرة من الدماغ، مثل شبكية العين أو منطقة واحدة من الدماغ. وبينما أسفرت هذه المخططات الجزئية للدارات العصبية عن رؤى لا تُقدّر بثمن، إلا أنها لا ترقى إلى مستوى الفهم الشامل اللازم لفهم كيفية عمل الدماغ كنظام متكامل. وعلى النقيض من ذلك، يشمل مخطط أسلاك الذبابة الجهاز العصبي المركزي بأكمله، مما يوفر رؤية شاملة لتدفق المعلومات من المدخلات الحسية إلى المخرجات الحركية.

وهذا المستوى من الاكتمال ليس بالأمر الهين. فتصوير دماغ ذبابة بالغة كاملة بالدقة اللازمة لحل نقاط الاشتباك العصبي الفردي هو تحدٍ تقني هائل، حيث يتطلب الحصول على تريليونات البكسل من بيانات الفحص المجهري الإلكتروني. وهذه هي البداية فقط - يجب بعد ذلك محاذاة البيانات بشق الأنفس، وتجزئتها، وتدقيقها من قبل فرق من الشارحين الخبراء لضمان دقة إعادة البناء النهائي.

يقدّر اتحاد FlyWire، وهو الجهد التعاوني الذي يقف وراء هذا الإنجاز التاريخي، أن إعادة البناء تطلبت 33 عامًا من التدقيق اليدوي الذي استغرق 33 عامًا من العمل اليدوي. لم يقتصر هذا الجهد الهائل على علماء الأعصاب المحترفين فحسب، بل شمل أيضًا مجتمعًا عالميًا من العلماء المواطنين الذين تطوعوا بوقتهم وخبراتهم لتنقيح مجموعة البيانات.

والنتيجة هي مجموعة من التفاصيل والاكتمال التي لا مثيل لها، والتي تعد بإحداث ثورة في فهمنا لكيفية عمل الأدمغة وكيفية عملها. من خلال تتبع المدى الكامل للوصلات العصبية داخل الجهاز العصبي المركزي للذبابة، يمكن للباحثين الآن استكشاف تدفق المعلومات من المدخلات الحسية إلى المخرجات الحركية، والكشف عن آليات الدوائر التي تقوم عليها سلوكيات محددة، واكتساب رؤى جديدة حول المبادئ التنظيمية التي تحكم بنية الدماغ.

ولعلّ الأمر الأكثر إثارة هو إمكانية أن يكون هذا الرابط بمثابة جسر بين دماغ الذبابة والدماغ البشري. ففي حين أن الاثنين مختلفان إلى حد كبير من حيث الحجم والتعقيد، إلا أنهما يتشاركان في أوجه التشابه الأساسية في بنيتهما العصبية الأساسية. لطالما كان الذباب، بجهازه العصبي البسيط نسبياً، كائنات نموذجية قيّمة لدراسة الآليات الأساسية لوظائف الدماغ. يوفر نظام الاتصال الجديد الآن مستوى غير مسبوق من التفاصيل لتوجيه وإرشاد فهمنا للأدمغة الأكثر تعقيداً، بما في ذلك أدمغتنا.

يتمثل أحد المجالات التي بدأ فيها نظام الاتصال لدى الذبابة في دراسة المعالجة الحسية والتكامل الحسي الحركي. فمن خلال تتبع المسارات من النظام البصري للذبابة إلى مخرجاتها الحركية، اكتشف الباحثون رؤى جديدة حول كيفية تحويل المعلومات الحسية إلى أوامر سلوكية.

على سبيل المثال، يكشف نظام التوصيل عن الدوائر المعقدة الكامنة وراء نظام العينين لدى الذبابة - وهي مجموعة من العيون البسيطة الخالية من العدسات التي تكتشف التغيرات في مستويات الضوء المحيط. ويُعتقد أن هذه العينين تلعب دورًا رئيسيًا في تثبيت نظر الذبابة وتنسيق حركات الطيران، لكن الآليات العصبية الدقيقة ظلت بعيدة المنال.

ومع ذلك، فقد أتاح للباحثين رسم خريطة كاملة لمخطط الأسلاك في نظام العُقَيْقَة، وتتبع تدفق المعلومات من المستقبلات الضوئية إلى منطقة متخصصة في الدماغ تسمى العقدة العينية العينية ثم إلى الخلايا العصبية الحركية الهابطة التي تتحكم في حركات الرأس والجسم. وقد مكّن هذا المستوى من التفاصيل الباحثين من اقتراح آلية محددة للدائرة التي يمكن أن تساهم من خلالها العُقَد العينية في قدرة الذبابة على الحفاظ على ثبات الطيران والنظر.

والأهم من ذلك، فإن الدائرة العينية هي مجرد مثال واحد فقط على كيفية استخدام الروابط للكشف عن الأسس العصبية للسلوك. من خلال الجمع بين هذه البيانات التشريحية والدراسات الوظيفية، يمكن للباحثين البدء في تجميع كيفية قيام الأسلاك العصبية في الدماغ بإنتاج مجموعة غنية من السلوكيات التي نلاحظها في الذبابة.

بالطبع، لا يزال دماغ الذبابة بعيدًا كل البعد عن دماغ الإنسان من حيث التعقيد. يحتوي الدماغ البشري البالغ على ما يقرب من 86 مليار خلية عصبية - أي أكثر من 600 ضعف العدد الموجود في الذبابة. وعلى الرغم من أن شبكة الوصلات العصبية في دماغ الذبابة تمثل إنجازًا هندسيًا مثيرًا للإعجاب، إلا أن شبكة الوصلات المعقدة في دماغ الإنسان أكثر تعقيدًا من دماغ الإنسان.

ومع ذلك، لا شك أن الدروس المستفادة من مشروع كونكتوم الذبابة ستفيد بلا شك في الجهود المبذولة لرسم خريطة للدماغ البشري. إذ يمكن تكييف الاستراتيجيات والتقنيات التي تم تطويرها لمشروع الذبابة، بدءاً من تقنيات الفحص المجهري الإلكتروني المتقدمة إلى خطوط الأنابيب الحاسوبية القابلة للتطوير لمعالجة البيانات وتحليلها، وتطبيقها على الدماغ البشري. وقد توفر الرؤى المستخلصة من البنية العصبية للذبابة أدلة حاسمة حول المبادئ التنظيمية التي تحكم وظيفة الدماغ في جميع الأنواع.

وبالفعل، فإن السباق جارٍ بالفعل لبناء أول رابط شامل للدماغ البشري. وقد تم تخصيص العديد من المبادرات الرئيسية، مثل برنامج أبحاث الدماغ في الولايات المتحدة من خلال برنامج تطوير التقنيات العصبية المبتكرة (BRAIN) ومشروع الدماغ البشري الأوروبي، لتحقيق هذا الهدف الطموح. وفي حين أن التحديات التقنية هائلة، فإن المكاسب المحتملة هائلة.

إن رسم مخطط كامل للدماغ البشري لن يُحدث ثورة في فهمنا للإدراك والوعي فحسب، بل يمكن أن يمهد الطريق لتطورات رائدة في مجالات تتراوح بين علم الأعصاب والطب النفسي والذكاء الاصطناعي. فمن خلال رسم خرائط للدوائر العصبية المعقدة في الدماغ، يمكن للباحثين الحصول على رؤى غير مسبوقة في أصول الاضطرابات العصبية والنفسية، مما قد يؤدي إلى أدوات تشخيصية جديدة وعلاجات مستهدفة. ومن خلال الهندسة العكسية لقدرات معالجة المعلومات في الدماغ، قد نكتشف أسرار بناء آلات ذكية حقًا يمكنها أن تضاهي القدرات المعرفية على مستوى الإنسان أو حتى تتجاوزها.

وبطبيعة الحال، فإن الطريق إلى نظام الاتصال البشري طويل ومحفوف بالعقبات. فالحجم الهائل للدماغ البشري، مقترناً بالتعقيد المتأصل في بنيته العصبية، يمثل تحديات تقنية هائلة تتطلب سنوات من الجهد المتواصل والابتكار. وحتى عندما يتم التوصل إلى مخطط شامل للأسلاك العصبية في الدماغ، فإن ترجمة هذه المعرفة التشريحية إلى فهم وظيفي للدماغ سيشكل تحديًا هائلاً في حد ذاته.

ومع ذلك، فإن نجاح مشروع كونكتوم الذبابة يوفر بارقة أمل. فهو يوضح أنه مع توفر الموارد الكافية والتكنولوجيا المتطورة والروح التعاونية، يمكن تحقيق ما يبدو مستحيلاً. وكما أظهر مشروع كونكتوم الذبابة، فإن الرؤى المستخلصة حتى من دماغ "بسيط" يمكن أن يكون لها آثار عميقة على فهمنا لأكثر التركيبات البيولوجية تعقيدًا في الكون المعروف - الدماغ البشري.

بينما نتطلع إلى المستقبل، يقف نظام كونيكتوم ذبابة الفاكهة كمثال ساطع على ما يمكن تحقيقه عندما يضع العلماء نصب أعينهم ما يبدو مستحيلاً. إنها شهادة على قوة الإبداع البشري والمثابرة والإمكانات التحويلية للعلوم التعاونية. كما أنه بمثابة معاينة محيرة للإنجازات التي قد تتحقق في المستقبل بينما نواصل سعينا لكشف ألغاز الدماغ.

مزيد من القراءة

1. https://doi.org/10.1038/s41586-024-07558-y
2. اتحاد فلايواير كونسورتيوم واستكشاف الدماغ الخرائطي - https://flywire.ai/