Der Schaltplan der Fliege

Auf den ersten Blick gleicht das Bild einem wirren Knäuel bunter Fäden. Tatsächlich zeigt es 166 700 Nervenzellen und Millionen synaptischer Verbindungen einer männlichen Taufliege (Drosophila). Diesen bislang detailliertesten Schaltplan einer Taufliege hat ein internationales Team um Forschende des Janelia Research Campus, der University of Cambridge, des MRC Laboratory of Molecular Biology und von Google Research nun in der Fachzeitschrift »Cell« vorgelegt. Der Verdrahtungsplan soll helfen, eine grundlegende Frage zu beantworten: Wie entstehen komplexe Verhaltensweisen aus den Verschaltungen einzelner Nervenzellen?

Hinter dem farbigen Geflecht steckt ein technischer Kraftakt. Als das Vorhaben 2008 begann, hielten Fachleute ein vollständiges Konnektom eines so komplexen Nervensystems für unrealistisch. Mit den damaligen Methoden hätte die Kartierung nach Schätzungen des Forschungsteams rund 500 Personen und mehr als zehn Jahre erfordert. Erst Fortschritte bei Elektronenmikroskopie, Bildanalyse und künstlicher Intelligenz ermöglichten es, sämtliche Neuronen des zentralen Nervensystems in einem Datensatz zusammenzuführen.

Das veröffentlichte Konnektom erlaubt es erstmals, vollständige neuronale Schaltkreise zu verfolgen, die Wahrnehmung mit Verhalten verbinden. Erste Analysen liefern bereits neue Erkenntnisse. So zeigte sich, dass die Verarbeitung visueller Informationen weit tiefer ins Gehirn reicht als bislang bekannt und mehr als die Hälfte aller Nervenzelltypen einbezieht. Das vollständige Konnektom des Geschmackssystems zeigt zudem, wie Geschmacksreize mit Schaltkreisen verknüpft sind, die Fressen, Fortbewegung und Paarungsverhalten steuern.

Auch die Unterschiede zwischen den Gehirnen von Männchen und Weibchen lassen sich nun genauer untersuchen. Die grundlegenden Schaltkreise für Wahrnehmung und Bewegung sind bei beiden Geschlechtern weitgehend gleich aufgebaut. Unterschiede finden sich vor allem bei den Nervenzellen, die geschlechtsspezifische Verhaltensweisen steuern. So identifizierte das Team ein eng vernetztes System von rund 100 ausschließlich bei Männchen vorkommenden Interneuronen-Typen, das die meisten männchenspezifischen Verhaltensweisen koordiniert. Als Nächstes wollen die Forscher die Nervensysteme transparenter Fischarten kartieren und die Methoden auf komplexere Gehirne übertragen.