Wissenschaftlerbenutzen Würmer zum besseren Verständnis das menschliche Gehirn: Vor allem, wie es den Geruchssinn verarbeitet. Bisher haben sie eine ziemlich beeindruckende Aufgabe gelöst: Sie sind in der Lage zu erkennen, was der Wurm vor wenigen Sekunden gerochen hat, indem er nur in sein Gehirn schaut.
"Wir fanden einige unerwartete Dinge, als wir anfingen, die Wirkung dieser Sinnesreize auf einzelne Zellen und Verbindungen im Gehirn der Würmer zu untersuchen", sagte Salk Associate Professor Sreekanth Chalasani, Mitglied des Molecular Neurobiology Laboratory und leitender Autor der neuen Arbeit.
Chalasani wollte untersuchen, wie das Gehirn Informationen von der Außenwelt auf zellulärer Ebene verarbeitet. Dies war jedoch beim menschlichen Gehirn sehr schwierig, da es 86 Milliarden Zellen hat. Die mikroskopischer Wurm, Caenorhabditis elegans, hat nur 302 Neuronen, was die Überwachung erleichtert.
Chalasani und sein Team konstruiertenC. elegans um jedem ihrer 302 Neuronen einen fluoreszierenden Sensor zu geben, der aufleuchtet, wenn das Neuron ausgelöst wird, und verfolgt die Würmer unter einem Mikroskop, während sie fünf Chemikalien ausgesetzt waren: Benzaldehyd, Diacetyl, Isoamylalkohol, 2-Nonanon und Natriumchlorid.
Diese fünf Chemikalien riechen für den Menschen nach Mandeln, Butterpopcorn, Banane, Käse und Salz.
Den Forschern fiel es jedoch schwer, zwischen den Auswirkungen der verschiedenen Gerüche zu unterscheiden. Sie wandten sich dann einem mathematischen Ansatz zu. Der als Graphentheorie bezeichnete Ansatz analysierte die kollektiven Wechselwirkungen zwischen Zellpaaren.
Schließlich kombinierten sie ihren neuen Ansatz mit maschinellem Lernen, um zwischen noch diskreteren Interaktionen unterscheiden zu können. Sie fanden heraus, dass dieser neue Algorithmus die neuronale Reaktion auf Salz und Benzaldehyd klar unterscheiden konnte, aber oft die anderen drei Chemikalien verwechselte.
Jetzt hoffen die Forscher, die Lehren aus dieser Studie zu nutzen, um ein tieferes Verständnis dafür zu gewinnen, wie Menschen Informationen im Gehirn verschlüsseln und was bei sensorischen Verarbeitungsstörungen wie Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörungen ADHS und Autismus schief gehtDie Studie wird in der Zeitschrift veröffentlicht PLOS Computerbiologie.