🔬 על הפרויקט

ב־2024 פרסם קונסורציום FlyWire מפה מלאה של המוח של זבוב פירות בוגר (Drosophila melanogaster): כ־140 אלף נוירונים ועשרות מיליוני סינפסות. חוקרים הריצו סימולציה של המוח הזה והראו שהיא מנבאת התנהגויות אמיתיות של הזבוב.

המוח בלוח הזה הוא גרסה מוקטנת של אותה מפה. כל עיגול הוא אוסף של סוגי תאים אמיתיים מ־FlyWire, והחיבורים ביניהם מחושבים מספירת הסינפסות האמיתית. כשמפעילים את „המוח שולט”, הזבוב מחפש ריח של פרי, נמשך לאור ובורח מאיומים בעצמו.

מה אמיתי

• 15 חיבורים (קו רציף) הם סינפסות ישירות בין הקבוצות. העובי שלהם נקבע לפי החלק מהקלט של תאי היעד שמגיע מהקבוצה השולחת.
• הסימן נקבע לפי הנוירוטרנסמיטר החזוי: GABA וגלוטמט מעכבים (אדום), אצטילכולין ושאר הנוירוטרנסמיטרים מעוררים.
• 4 חיבורים (קו מקווקו) הם מסלולים של 2–3 סינפסות, כי אין ביניהם קשר ישיר: אונה אופטית ← קומפלקס מרכזי, גוף פטרייתי ← DN קדימה (מעכב), ועיכוב הדדי בין DN שמאל ל־DN ימין (בשני הכיוונים).
• מה עוד עלה מהנתונים: LPLC2 ו־LC4 מספקים כחמישית מהקלט של Giant Fiber. תאי PFL3 בקומפלקס המרכזי מתחברים ישירות ל־DNa02, נוירון ההיגוי (כ־500 סינפסות). האונה האופטית מזינה גם את הגוף הפטרייתי. לעומת זאת, לא נמצא מסלול מ־Giant Fiber ל־DN קדימה, ולכן החיבור הזה הוסר.

מה עדיין מפושט

• כל עיגול מתנהג כנוירון אחד עם רמת פעילות רציפה, במקום אלפי תאים שיורים ספייקים.
• המשקל הוא הסימן כפול 7 כפול השורש השלישי של חלק הקלט. כך ארבעה סדרי גודל נדחסים לטווח שמודל קטן יכול לעבוד איתו.
• היגוי לריח: המסלול מהאנטנות לנוירוני ההיגוי עובר דרך 3 סינפסות. הנתונים קובעים את הכיוון ואת היחס בין המסלולים, אבל את העוצמה קבענו ידנית. בנתונים גם הצד הנגדי מעורר, רק חלש פי 2.6, ובמודל הוא מעכב (קו מנוקד) כדי שהזבוב יפנה בבירור לצד של הריח.
• משיכה לאור: לא נמצא מסלול עקבי מהפוטורצפטורים לנוירוני ההיגוי בתוך 3 סינפסות, ולכן החיבורים מהעיניים ל־DN נשארו ידניים.
• שרירים ורגליים: הנוירונים המוטוריים נמצאים בחוט העצבי הגחוני, שאינו חלק מ־FlyWire (יש לו מפה נפרדת בשם MANC). גם החיבורים אליהם ידניים.
• הספים, קבועי הזמן והרעש שגורם לזבוב לשוטט הם פרמטרים של המודל ולא נתונים מדודים.

המוח המלא, ומה גילינו על אונת הריח

אפשר לחבר את האתר למוח המלא של FlyWire: 138,639 נוירונים ו־15 מיליון חיבורים, במודל של Shiu et al. 2024 שרץ בתוך הדפדפן עצמו, בלי שרת (כפתור „חבר למוח האמיתי”). כשהוא מחובר, המוח היברידי:

• המוח המלא שולט בבריחה מאיום. נוירוני LPLC2 ו־LC4 מפעילים בו את Giant Fiber בקצב של כ־150–180 ספייקים בשנייה, בדיוק כמו בזבוב אמיתי. בתרשים, Giant Fiber מקבל טבעת לבנה ותווית „מוח מלא”.
• המוח הפשוט שולט בניווט לריח ולאור. ניסינו לגרום למוח המלא לנווט לריח בלי לשנות אף חיבור. שינינו רק איך מזינים את הריח ואיך קוראים את הנוירונים היורדים, והוא לא הצליח.

הממצא: במודל המלא אונת הריח היא מתג „הכל או כלום” ולא חיישן. קלט חלש מאוד לא עושה כלום. מעל סף נמוך, אפילו 2 ספייקים בשנייה בנוירוני הריח או 10 נוירוני הקרנה בצד אחד, כל אונת הריח „נדלקת” תוך 10–20 אלפיות שנייה, בשני הצדדים: נוירוני ההקרנה יורים בכ־85 Hz ונשארים במצב הזה. אחרי ההדלקה אין הבדל בין ריח משמאל לריח מימין. נוירון ההיגוי DNa02 יורה רק בצד שמאל בכל התנאים, ואף אחד מיותר ממאה זוגות הנוירונים היורדים לא מגיב בעקביות לצד של הריח.

המידע על הצד קיים בחיווט: נוירוני הריח מעדיפים את אותו צד, ולכן המוח הפשוט מצליח לנווט. אבל מודל ספייקים שבו לכל סינפסה יש אותו משקל, בלי מנגנון שמגביל את העוצמה, מאבד את המידע הזה. המודל המלא נבדק במקור בעיקר על מעגלי טעם, ששם השאלה היא רק „נדלק או לא”. הפירוט ב־docs/odor-steering-findings.md.

המוח המלא רץ ב־JavaScript בתוך הדפדפן, בלי שרת, ונותן בדיוק את אותם ספייקים כמו המודל המקורי ב־Brian2. כשיש איום הוא מהיר מזמן אמת. כשיש ריח הוא פי 2.5–4 יותר לאט, כי אז אונת הריח כולה יורה. הפירוט ב־docs/browser-brain.md.

במצב „המוח המלא שולט ב: הכל” אפשר לראות את המוח האמיתי לבד. הוא בורח מאיום כמו זבוב חי. כשיש ריח הוא מסתובב שמאלה במקום, לא משנה מאיזה צד הריח בא. לאור הוא לא מגיב, ובלי גירוי הוא לא זז. במצב „רק בריחה” המוח הפשוט מנווט, והזבוב מגיע לריח ולאור.

אילו תאים יושבים בכל עיגול

מקורות: FlyWire v783 (Dorkenwald et al. 2024; Schlegel et al. 2024, Nature). הנוירוטרנסמיטרים לפי Eckstein et al. 2024, ורשימת החיבורים בעיבוד של Shiu et al. 2024. הסקריפט שמחשב את החיבורים נמצא ב־data/build_brain.py.