การวิจัยเปรียบเทียบสมองแมลงวันตัวผู้-ตัวเมีย อาจช่วยให้พบเบาะแสเกี่ยวกับโรคออทิสติกและจิตเภท

เมื่อเร็ว ๆ นี้ทีมนักวิจัยได้สร้างแผนผังการเชื่อมต่อทั้งหมด 124 ล้านจุดในเซลล์ประสาทของสมองแมลงวันตัวผู้

พวกเขาได้เปรียบเทียบกับแผนผังสมองของแมลงวันตัวเมีย และพบความแตกต่างของการเชื่อมต่อในระบบประสาทในสมอง ซึ่งทีมนักวิจัยกล่าวว่าเป็นพื้นฐานของความแตกต่างด้านพฤติกรรมของแมลงวันตัวผู้ เช่น ความก้าวร้าว การเกี้ยวพาราสี และการร้องเพลงรัก

ทีมวิจัยระบุอย่างชัดเจนว่างานวิจัยนี้จะไม่สามารถอธิบายความแตกต่างระหว่างชายและหญิงได้ เพราะพฤติกรรมของมนุษย์เรานั้นซับซ้อนกว่ามาก

แต่การวิจัยนี้อาจช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจพฤติกรรมของมนุษย์และสภาวะที่ความแตกต่างทางพันธุกรรมส่งผลต่อการเชื่อมต่อของสมองได้ดีขึ้น เช่น โรคออทิสติกและโรคจิตเภท เป็นต้น

ศาสตราจารย์เกรกอรี เจฟเฟอริส จากห้องปฏิบัติการชีววิทยาระดับโมเลกุล (Laboratory of Molecular Biology - LMB) ของสภาวิจัยทางการแพทย์ (Medical Research Council) ในเมืองเคมบริดจ์ ซึ่งเป็นหัวหน้าคณะวิจัย กล่าวกับบีบีซีนิวส์ว่าความก้าวหน้าครั้งนี้ถือเป็น "แนวทางใหม่ที่สำคัญยิ่งในสาขาประสาทวิทยาศาสตร์ (neuroscience)" โดยเปรียบเทียบได้กับการประดิษฐ์กล้องโทรทรรศน์ที่ช่วยเพิ่มพูนความเข้าใจของเราที่มีต่อจักรวาล

"เรามีสิ่งที่น่าทึ่งอยู่ภายในศีรษะ ซึ่งช่วยให้เราสามารถทำกิจกรรมอันน่าอัศจรรย์ต่าง ๆ ได้ ไม่ว่าจะเป็นการบรรเลงเพลงโซนาตาหรือการแก้โจทย์ปัญหาทางวิทยาศาสตร์ และความก้าวหน้าในครั้งนี้อาจช่วยให้เราเข้าใจกลไกการทำงานของระบบอันน่าทึ่งเหล่านั้นได้ดียิ่งขึ้น" เขาระบุ

สมองของแมลงวันมีความงดงามและน่าทึ่งอย่างยิ่ง แม้จะมีขนาดเพียงเท่าหัวเข็มหมุด แต่ในหลาย ๆ ด้านกลับมีประสิทธิภาพเหนือกว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์และสามารถทำงานได้เหนือชั้นกว่าระบบปัญญาประดิษฐ์ หรือเอไอ (AI) ที่ฉลาดที่สุดเสียอีก

ทีมงานของ ดร.เจฟเฟอริสและคณะทำงานร่วม ได้วิเคราะห์เซลล์ประสาท เส้นใยประสาท และจุดเชื่อมต่อทุกจุดในสมองของแมลงวันผลไม้ตัวผู้อย่างละเอียดถี่ถ้วน แล้วนำข้อมูลเหล่านั้นมาสร้างเป็นแผนที่โครงสร้างสมองแบบสามมิติ ก่อนหน้านี้เมื่อสองปีที่แล้วทีมงานชุดเดียวกันนี้ได้จัดทำแผนที่สมองของแมลงวันตัวเมียขึ้นมา ซึ่งถือเป็นส่วนหนึ่งของเป้าหมายหลักเพื่อเปรียบเทียบความเหมือนและความแตกต่างระหว่างสมองของแมลงวันทั้งสองเพศ อันจะนำไปสู่ความก้าวหน้าครั้งสำคัญในแวดวงวิทยาศาสตร์สมอง

ดร.อิซาเบลลา เบ็คเก็ตต์ หนึ่งในผู้เขียนหลักในงานวิจัยวิทยาศาสตร์ฉบับนี้ ระบุว่า ผลการศึกษาพบว่าเซลล์ประมาณ 95% ในสมองของแมลงวันตัวผู้และตัวเมียนั้นเหมือนกัน แต่เซลล์อีก 5% ที่เหลือก็เพียงพอที่จะทำให้เกิดพฤติกรรมที่แตกต่างกันอย่างชัดเจน โดยงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์ดังกล่าวได้รับการตีพิมพ์ในวารสารเซลล์ (Cell) เมื่อสัปดาห์ที่ผ่านมา

"เราคาดว่าจะพบความแตกต่าง ซึ่งเราก็พบจริง ๆ และเรารู้สึกตื่นเต้นกับสิ่งที่ค้นพบนี้" เธอกล่าว

เมื่อมองจากภายนอก สมองของแมลงวันตัวผู้และตัวเมียดูเหมือนจะคล้ายกัน แต่เมื่อทีมวิจัยเจาะลึกเข้าไปศึกษาโครงข่ายประสาท ก็พบความแตกต่างเล็กน้อยที่ส่งผลให้เกิดความเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในด้านพฤติกรรม

ยกตัวอย่างเช่น ในช่วงการเกี้ยวพาราสี แมลงวันตัวผู้จะคอยติดตามการเคลื่อนไหวของตัวเมีย นักวิจัยได้ระบุวงจรประสาทที่เกี่ยวข้องกับพฤติกรรมดังกล่าวและพบความแตกต่างสำคัญในโครงข่ายประสาท โดยพบว่าแมลงวันตัวผู้มีส่วนประกอบเพิ่มเติมที่ช่วยเสริมประสิทธิภาพการมองเห็น

นอกจากนี้ยังมีความแตกต่างที่เด่นชัดยิ่งกว่าในวงจรประสาทที่เกี่ยวข้องกับความก้าวร้าว เนื่องจากแมลงวันตัวผู้มีการต่อสู้กันบ่อยครั้งจึงมีโครงข่ายประสาทที่เกี่ยวข้องกับพฤติกรรมนี้มากกว่าแมลงวันตัวเมียอย่างเห็นได้ชัด

นอกจากนี้ยังมีเรื่องของวงจรประสาทที่ควบคุมการส่งเสียงเกี้ยวพาราสีอีกด้วย

ตัวผู้จะเกี้ยวพาราสีตัวเมียด้วยการส่งเสียง ซึ่งพวกมันมีระบบวงจรประสาทเฉพาะตัวที่ทำหน้าที่สร้างเสียงดังกล่าว ดร.ฟิลิปป์ ชเลเกล จากสถาบัน LMB และหนึ่งในคณะผู้วิจัยระบุว่า วงจรประสาทนี้จะต้องทำงานได้อย่างแม่นยำและถูกต้อง มิฉะนั้นผลลัพธ์ที่ตามมาสำหรับตัวผู้อาจเลวร้ายถึงขั้นหายนะได้เลยทีเดียว

"พฤติกรรมการเกี้ยวพาราสียังรวมถึงการที่ตัวผู้เต้นรำและส่งเสียงร้องต่อหน้าตัวเมียด้วย" เขากล่าวกับบีบีซี "เสียงที่เกิดขึ้นมาจากการสั่นปีกจนกลายเป็นท่วงทำนองที่มีลักษณะเฉพาะตัว

"หากตัวเมียถูกใจ มันก็จะยอมให้ตัวผู้เข้ามาใกล้ แต่ถ้าไม่ถูกใจหรือไม่พร้อมในขณะนั้น มันก็จะขับไล่ตัวผู้ออกไป ซึ่งอาจรุนแรงถึงขั้นโดนเตะเข้าที่หน้าเลยทีเดียว"

ความแตกต่างทั้ง 3 ประการในระบบการเชื่อมต่อของเซลล์ประสาทระหว่างแมลงวันตัวผู้และตัวเมียนั้นถูกกำหนดโดยยีนสำคัญ 2 ตัว นักวิจัยทราบเรื่องยีนเหล่านี้และความเชื่อมโยงที่มีต่อพฤติกรรมแต่ละรูปแบบมานานหลายปีแล้ว แต่สิ่งที่พวกเขาไม่เคยเห็นมาก่อนคือกลไกหรือกระบวนการที่อยู่ตรงกลางระหว่างปัจจัยทั้งสองนี้ ทว่าในขณะนี้เป็นครั้งแรกที่พวกเขาสามารถมองเห็นโครงข่ายการเชื่อมต่อของเซลล์ประสาทที่เกิดขึ้นจริงจากการทำงานของยีนสองตัวดังกล่าว

เป้าหมายหลักของการวิจัยนี้ไม่ใช่การค้นหาความแตกต่างระหว่างแมลงวันเพศผู้และเพศเมีย และไม่ใช่การหาคำอธิบายทางระบบประสาทสำหรับความแตกต่างทางพฤติกรรมที่มักถูกกล่าวอ้างว่ามีอยู่ระหว่างมนุษย์เพศชายและเพศหญิงแต่อย่างใด

ดร.เบ็คเก็ตต์กล่าวว่า การเปรียบเทียบสมองสองชุดที่มีความแตกต่างกันเพียงเล็กน้อยในด้านการเชื่อมต่อของวงจรประสาท ซึ่งสัมพันธ์กับความแตกต่างทางพฤติกรรมครั้งใหญ่ที่ทราบกันดีอยู่แล้วนั้น ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถมองเห็นหลักการที่เป็นรากฐานของการเปลี่ยนแปลงวงจรสมองซึ่งส่งผลต่อพฤติกรรมต่าง ๆ ได้อย่างชัดเจน

"คุณมีเพียงตัวแปรอิสระตัวเดียว นั่นคือเพศ แล้วคุณก็สามารถสังเกตเห็นความแตกต่างที่เกิดขึ้นได้ นี่คือสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ใฝ่ฝันเลยทีเดียว"

ความแตกต่างเหล่านี้ถือเป็นก้าวสำคัญที่ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจหนึ่งในคำถามใหญ่ที่สุดทางชีววิทยา นั่นคือยีนมีอิทธิพลต่อพฤติกรรมอย่างไร

นักวิทยาศาสตร์ทราบมานานหลายทศวรรษแล้วว่ายีนมีอิทธิพลต่อเรื่องนี้ แต่ยังไม่ทราบแน่ชัดว่ายีนส่งผลอย่างไร คำตอบในเรื่องนี้ตามความเห็นของ ดร.เจฟเฟอริสอยู่ที่ว่า ยีนกำหนดรูปแบบการเชื่อมต่อของวงจรประสาทในสมองอย่างไร และวงจรประสาทเหล่านั้นส่งผลต่อพฤติกรรมอย่างไร

"การเปรียบเทียบกับสมองของแมลงวันช่วยให้เราเข้าใจเรื่องนี้ได้เป็นอย่างดี" เขากล่าวกับบีบีซีนิวส์

"ในมนุษย์มีรูปแบบพฤติกรรมบางอย่างที่ดูเหมือนจะมีพื้นฐานมาจากพันธุกรรมอย่างชัดเจน ยกตัวอย่างเช่น โรคจิตเภท (schizophrenia) รวมถึงความผิดปกติในกลุ่มออทิสติก (autism spectrum disorders) ซึ่งปัจจุบันมีการค้นพบยีนหลายรูปแบบที่เกี่ยวข้องกับโรคเหล่านี้ แต่เรายังไม่เข้าใจกลไกการทำงานของมันอย่างถ่องแท้"

เขากล่าวเสริมว่า ยังมีความเป็นไปได้ที่จะนำไปประยุกต์ใช้ในการพัฒนาเทคโนโลยีเอไอและเพิ่มประสิทธิภาพของระบบคอมพิวเตอร์

"การที่จะมีเอไอที่มีประสิทธิภาพเทียบเท่ากับสมองของเรานั้น อาจต้องอาศัยแรงบันดาลใจทางชีววิทยามากขึ้น และแรงบันดาลใจที่น่าจะมีความสำคัญก็คือ แผนผังการเชื่อมต่อทางชีววิทยาที่แท้จริง"

"มีคนกลุ่มหนึ่งที่นำสมองของแมลงวันมาใส่ไว้ในเครือข่ายเทียม และพยายามดูว่ามันมีประโยชน์ในการช่วยสนับสนุน เรียนรู้ และควบคุมระบบประดิษฐ์เหล่านั้นหรือไม่"

นักวิจัยที่ร่วมงานด้วยฝ่ายอื่น ๆ มาจากสถาบันการแพทย์เอชเอชเอ็มไอ จาเนเลีย รีเสิร์ช แคมปัส ( HHMI Janelia Research Campus), กลุ่มโดรโซฟิลา คอนเนคโทมิกส์ (Drosophila Connectomics) แห่งมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์, กูเกิล รีเสิร์ช (Google Research) และมูลนิธิชัมปาลีโม (Champalimaud)