Forskare har spårat alla 54,5 miljoner anslutningar i en fruktflugas hjärna.

I hjärnan hos en ensam fruktfluga väver nervceller samman sig, vilket möjliggör flygning, parning, ätande, sömn och alla andra aktiviteter i hennes flugliv. Nu, i nio artiklar publicerade den 2 oktober i Nature, rapporterar forskare den första kompletta kartan över hennes nervceller - alla 139 255 av dem, för att vara exakt - och deras 54,5 miljoner anslutningar.

Denna helhjärnskarta, spårad under år med noggrann precision, är liten men utsökt: Den håller 149,2 meter av neural trådning, allt prydligt packat in i en hjärna som är ungefär storleken på ett vallmofrö. Som sådan visar denna karta hur neural information kan flöda mellan celler hos Drosophila melanogaster, ett djur som är enklare än en människa men tillräckligt komplext för att förbli mystiskt för personer som försöker förstå dess hjärna.

”Det här arbetet är absolut fascinerande,” säger neurovetenskapsman Olaf Sporns från Indiana University i Bloomington. Redan 2005 myntade han och hans kollegor termen ”connectome”, en redovisning av anslutningarna mellan nervceller, eller neuroner. Under de nästan 20 åren sedan dess har forskare kartlagt fler connectomes, inklusive de för hane och hermafrodit C. elegans-maskar, en larvfruktfluga, små bitar av möss- och människohjärnor och en del av en vuxen fruktflugas hjärna. Denna senaste fruktflugans connectome är den största av sitt slag.

”När connectomics först började, verkade det nästan som science fiction att skapa en karta som den som presenteras i detta arbete,” säger Sporns. ”Och nu är det här fantastiskt, här är det.”

Projektet involverade elektronmikroskopibilder av mer än 7000 tunna skivor av en honungsfluga hjärna och maskininlärning som justerade neuronerens komplexa grenar och spårade celler genom olika skivor. Maskininlärning tog forskarna inom räckhåll för hela connectome. ”Men människor behövs fortfarande för att korrigera felen,” säger Sven Dorkenwald, en beräkningsneurovetenskapare som arbetade med projektet vid Princeton University och som nu är vid Allen Institute for Brain Science och University of Washington i Seattle. Hundratals personer från över 50 laboratorier korrekturläste kartan med mänskliga ögon och säkerställde att cellernas former var som de verkade vara. Det var ett stort jobb, från början till slut.

”Trodde vi att det skulle ta så lång tid, att nästan 20 år senare skulle vi ha fruktflugans connectome? Förmodligen inte,” säger Sebastian Seung, en beräkningsneurovetenskapare vid Princeton University. ”Men för optimistiska personer driver framsteget.”

I början var det att arbeta med en connectome-karta ”en motsträvig sak att göra,” säger Seung. ”De flesta trodde att det var galet. Det fanns två invändningar. Den ena är att det inte är möjligt, och den andra är att även om du var framgångsrik, skulle data vara värdelösa.”

Men redan har data visat sin användbarhet genom att avslöja cellulära detaljer och saftiga ledtrådar om hur hjärnor fungerar. Till exempel finns det bara två CT1-neuroner i hela flughjärnan, vardera är involverad i att känna förändringar i ljus och rörelse. Varje neuron sträcker sig över ett helt öga och gör ett massivt antal synapser - mer än 148 000, visar kartan.

En annan analys sorterade vissa neuroner i klasser som kallas ”integratorer”, som tar emot ett enormt antal meddelanden från andra celler, eller ”sändare”, som skickar signaler till en stor publik. Dessa megafonceller kan hjälpa till att sprida signaler, men på selektiva sätt.

Och med connectomet nu kartlagt har forskare börjat bygga datormodeller för hur information flödar i hjärnan. ”Du börjar med anslutningarna mellan neuroner, och du använder det för att hjälpa dig att bygga en simuleringsnätverk,” säger Seung. ”Det är ett helt uppenbart tillvägagångssätt, men du kan inte göra det om du inte har connectomet.”

En ny studie visar till exempel hur smakneuroner kan aktivera andra nedströms celler. Och det är bara början, säger Seung. ”Mitt skämt för science fiction-entusiasterna är att en fluga faktiskt behövde offras för detta experiment, men denna fluga kan leva för evigt i simuleringen.”

Sporns tittar också på framtiden: ”Jag förutser en framtid där connectome-kartor kommer att bli ännu mer omfattande och detaljerade, snart inklusive hjärnor hos ryggradsdjur som möss och människor,” säger han. Dessa kartor kommer att hjälpa till att besvara stora frågor om hjärnans connectomer - om de varierar bland individer, om de förändras över tid och om de kan hjälpa till att förutspå beteenden.