Hệ thần kinh của ruồi giấm
Quảng cáo
16 câu trả lời 1599
chào bạn
Hệ thần kinh của ruồi giấm là hệ thần kinh chuỗi hạch.
Hệ thần kinh của ruồi giấm là hệ thần kinh chuỗi hạch.
Trong các mạng máy tính thông minh, một số cảm biến có thể tự nắm quyền điều khiển mạng máy tính, để đưa ra các cảnh báo về trụ sở chính, trong trường hợp, một số lượng nhất định các cảm biến phát hiện những dấu hiệu bất ổn cho thấy một núi lửa có thể thức dậy. Cách tiếp cận mới này, được đăng tải trên tạp chí Science, số ra ngày 13 tháng 1 năm 2011.
“Trong khi các nhà khoa học máy tính đã giả định về những gì các cảm biến cần phải biết”, theo Bar-Joseph, một nhà nghiên cứu làm việc tại Đại học Carnegie Mellon ở Pittsburgh, Hoa Kỳ, người đứng đầu nghiên cứu mới, thì các tế bào thần kinh của ấu trùng ruồi giấm không quan tâm rằng có bao nhiêu tế bào khác ở xung quanh chúng, nhưng chúng vẫn có khả năng tự điều khiển để phát triển thành một hệ thống lông cảm biến đặc trưng., ông nói. “Chúng hoạt động trong một môi trường hạn chế hơn nhiều mà vẫn đưa ra những giải pháp tối ưu.”
Thật vậy, khi ấu trùng ruồi giấm phát triển, mỗi tế bào của ruồi giấm sẽ đảm nhận những nhiệm vụ cụ thể, chẳng hạn như là những chất liệu sẽ trở thành các sợi lông cảm biến giúp ruồi giấm cảm nhận môi trường xung quanh nó. Mỗi sợi lông cảm biến này sẽ được bao quanh bởi những tế bào không hóa thành lông. Cách bố trí này, tình cờ sẽ tạo ra những tế bào đặc trưng riêng biệt, hoặc các tế bào chủ chốt, nhưng không bao giờ xuất hiện hai tế bào lông cảm biến nằm cạnh nhau, điều này tương tự như cách thức quản lý tài nguyên dùng chung trong mạng máy tính , theo Bar-Joseph.
Trong 30 năm qua, các nhà khoa học máy tính đã nghĩ rằng để mạng máy tính hoạt động có hiệu quả nhất, khi chỉ định rõ một số ít các bộ vi xử lý trở thành các máy chủ nắm quyền điều khiển để chúng có thể nhanh chóng giao tiếp với phần còn lại của mạng, mỗi bộ vi xử lý sẽ xử lý dữ liệu cho các máy con ở lân cận. Theo đó, một số bộ vi xử lý sẽ tự nhận mình là máy chủ nắm quyền điều khiển, dựa trên cách thức kết nối hiện thời của chúng với các bộ xử lý khác.
Khi một tế bào tự điều chỉnh thành một sợi lông cảm biến, nó sẽ gửi ra một tín hiệu protein để ức chế các tế bào lân cận, làm cho các tế bào lân cận không thể trở thành lông cảm biến được nữa.
Các tế bào thần kinh của ruồi giấm sẽ tự biến đổi sau một thời gian chờ, thay vì dò tìm một tế bào lông cảm biến ở xung quanh mình, theo kết quả nghiên cứu của Bar-Joseph và các đồng nghiệp. Sau khi chờ đợi trong một khoảng thời gian, nếu một tế bào thần kinh không nhận được một tín hiệu protein chỉ thị nó "đừng trở thành sợi lông cảm biến”, thì nó sẽ tự biến đổi trở thành một sợi lông cảm biến. Các thuật toán mới cho thấy rằng mạng lưới cảm biến có thể làm như vậy, mà không mất nhiều thời gian và năng lượng để thu thập tất cả các thông tin của các cảm biến ở gần đó, theo Bar-Joseph. Thuật toán này có thể áp dụng cho các mạng máy tính cảm biến không dây, hoạt động như một hệ thống từ xa để giám sát hoạt động núi lửa hoặc điều khiển các robot, một cách hiệu quả.
“Giờ đây bạn không cần quan tâm tới bất kỳ người hàng xóm nào”, theo Bar-Joseph. “Mỗi cảm biến có thể nằm gần 5 hoặc 500 cảm biến khác và chúng cũng chẳng cần phải nhận ra điều này.”
Cách tiếp cận này là “một điều tuyệt vời”, theo Mark Fricker làm việc tại Đại học Oxford, England, người đang áp dụng những kết quả nghiên cứu trên để xây dựng những hệ thống mạng máy tính hiệu quả hơn. “Các tế bào thần kinh của ruồi giấm đã thành công trong việc thiết lập một hệ thống phát triển sinh học, hoạt động một cách logic, và cho thấy rằng hệ thống phát triển sinh học này, có thể được viết lại dưới dạng một thuật toán tin học để giải quyết vấn đề hiện tại một cách tiện lợi và hiệu quả.”
Hệ thần kinh của ruồi giấm (Drosophila melanogaster) là một mạng lưới cấu trúc phức tạp nhưng có kích thước siêu nhỏ, bao gồm khoảng 140.000 nơ-ron. Dù nhỏ gọn, nó sở hữu đầy đủ các bộ phận điều khiển từ cảm giác, định hướng đến hành vi phức tạp, trở thành một "mô hình vàng" trong sinh học và khoa học thần kinh.
Hệ thống này được chia thành các phần chính:
1. Cấu trúc hệ thần kinh
Hệ thần kinh của ruồi giấm được chia làm hai phần chính:
Hệ thần kinh trung ương (CNS):Não bộ: Nằm ở phần đầu, là trung tâm tiếp nhận và xử lý các thông tin thị giác, khứu giác, vị giác và các giác quan khác.
Hạch ngực bụng (VNC): Là một khối hạch thần kinh nằm ở phần bụng của ngực. Nơi đây tập trung các trung tâm điều khiển vận động, chịu trách nhiệm trực tiếp cho các hành động như bò, bay, nhảy và các phản xạ cơ bản.
Hệ thần kinh ngoại biên (PNS): Bao gồm các dây thần kinh và thụ thể cảm giác nằm rải rác trên cơ thể (ví dụ: trên râu, cánh, chân), giúp ruồi cảm nhận môi trường (nhiệt độ, mùi vị, va chạm) và truyền tín hiệu về trung ương.
2. Các thành phần tế bào cấu tạo
Tế bào thần kinh (Nơ-ron): Đóng vai trò truyền dẫn tín hiệu điện và hóa học. Các nhà khoa học đã lập được bản đồ kết nối thần kinh (connectome) hoàn chỉnh của não ruồi giấm, hé lộ gần 140.000 nơ-ron với hàng triệu kết nối khớp thần kinh.
Tế bào thần kinh đệm (Glia): Không trực tiếp truyền tín hiệu thần kinh nhưng đóng vai trò cốt lõi trong việc cung cấp dinh dưỡng, bảo vệ, định hình cấu trúc não và hỗ trợ quá trình trao đổi chất.
3. Vai trò trong nghiên cứu khoa học
Do hệ thần kinh hoạt động có nhiều điểm tương đồng với hệ thần kinh động vật bậc cao và cơ thể người, ruồi giấm được ứng dụng rộng rãi trong y sinh học để:
Giải mã các mạch thần kinh điều khiển hành vi bản năng (tìm kiếm thức ăn, ngủ, trốn tránh).
Nghiên cứu cơ chế và tìm ra phương pháp chữa trị các bệnh lý thần kinh hoặc ung thư ở người.
Hệ thần kinh của ruồi giấm là hệ thần kinh chuỗi hạch.
Trong các mạng máy tính thông minh, một số cảm biến có thể tự nắm quyền điều khiển mạng máy tính, để đưa ra các cảnh báo về trụ sở chính, trong trường hợp, một số lượng nhất định các cảm biến phát hiện những dấu hiệu bất ổn cho thấy một núi lửa có thể thức dậy. Cách tiếp cận mới này, được đăng tải trên tạp chí Science, số ra ngày 13 tháng 1 năm 2011.
“Trong khi các nhà khoa học máy tính đã giả định về những gì các cảm biến cần phải biết”, theo Bar-Joseph, một nhà nghiên cứu làm việc tại Đại học Carnegie Mellon ở Pittsburgh, Hoa Kỳ, người đứng đầu nghiên cứu mới, thì các tế bào thần kinh của ấu trùng ruồi giấm không quan tâm rằng có bao nhiêu tế bào khác ở xung quanh chúng, nhưng chúng vẫn có khả năng tự điều khiển để phát triển thành một hệ thống lông cảm biến đặc trưng., ông nói. “Chúng hoạt động trong một môi trường hạn chế hơn nhiều mà vẫn đưa ra những giải pháp tối ưu.”
Thật vậy, khi ấu trùng ruồi giấm phát triển, mỗi tế bào của ruồi giấm sẽ đảm nhận những nhiệm vụ cụ thể, chẳng hạn như là những chất liệu sẽ trở thành các sợi lông cảm biến giúp ruồi giấm cảm nhận môi trường xung quanh nó. Mỗi sợi lông cảm biến này sẽ được bao quanh bởi những tế bào không hóa thành lông. Cách bố trí này, tình cờ sẽ tạo ra những tế bào đặc trưng riêng biệt, hoặc các tế bào chủ chốt, nhưng không bao giờ xuất hiện hai tế bào lông cảm biến nằm cạnh nhau, điều này tương tự như cách thức quản lý tài nguyên dùng chung trong mạng máy tính , theo Bar-Joseph.
Trong 30 năm qua, các nhà khoa học máy tính đã nghĩ rằng để mạng máy tính hoạt động có hiệu quả nhất, khi chỉ định rõ một số ít các bộ vi xử lý trở thành các máy chủ nắm quyền điều khiển để chúng có thể nhanh chóng giao tiếp với phần còn lại của mạng, mỗi bộ vi xử lý sẽ xử lý dữ liệu cho các máy con ở lân cận. Theo đó, một số bộ vi xử lý sẽ tự nhận mình là máy chủ nắm quyền điều khiển, dựa trên cách thức kết nối hiện thời của chúng với các bộ xử lý khác.
Khi một tế bào tự điều chỉnh thành một sợi lông cảm biến, nó sẽ gửi ra một tín hiệu protein để ức chế các tế bào lân cận, làm cho các tế bào lân cận không thể trở thành lông cảm biến được nữa.
Các tế bào thần kinh của ruồi giấm sẽ tự biến đổi sau một thời gian chờ, thay vì dò tìm một tế bào lông cảm biến ở xung quanh mình, theo kết quả nghiên cứu của Bar-Joseph và các đồng nghiệp. Sau khi chờ đợi trong một khoảng thời gian, nếu một tế bào thần kinh không nhận được một tín hiệu protein chỉ thị nó "đừng trở thành sợi lông cảm biến”, thì nó sẽ tự biến đổi trở thành một sợi lông cảm biến. Các thuật toán mới cho thấy rằng mạng lưới cảm biến có thể làm như vậy, mà không mất nhiều thời gian và năng lượng để thu thập tất cả các thông tin của các cảm biến ở gần đó, theo Bar-Joseph. Thuật toán này có thể áp dụng cho các mạng máy tính cảm biến không dây, hoạt động như một hệ thống từ xa để giám sát hoạt động núi lửa hoặc điều khiển các robot, một cách hiệu quả.
“Giờ đây bạn không cần quan tâm tới bất kỳ người hàng xóm nào”, theo Bar-Joseph. “Mỗi cảm biến có thể nằm gần 5 hoặc 500 cảm biến khác và chúng cũng chẳng cần phải nhận ra điều này.”
Cách tiếp cận này là “một điều tuyệt vời”, theo Mark Fricker làm việc tại Đại học Oxford, England, người đang áp dụng những kết quả nghiên cứu trên để xây dựng những hệ thống mạng máy tính hiệu quả hơn. “Các tế bào thần kinh của ruồi giấm đã thành công trong việc thiết lập một hệ thống phát triển sinh học, hoạt động một cách logic, và cho thấy rằng hệ thống phát triển sinh học này, có thể được viết lại dưới dạng một thuật toán tin học để giải quyết vấn đề hiện tại một cách tiện lợi và hiệu quả.”
Hệ thần kinh của ruồi giấm (Drosophila melanogaster) là một hệ thống tinh vi, được sử dụng rộng rãi như một mô hình chuẩn trong nghiên cứu sinh học thần kinh. Dưới đây là các thành phần chính: [1]
1. Hệ thần kinh trung ương (CNS)
Bao gồm hai bộ phận chính nằm trong một bao chung:
Não bộ: Nằm ở phần đầu, chứa khoảng 140.000 tế bào thần kinh. Dù kích thước chỉ bằng một hạt muối, não ruồi giấm có cấu trúc rất phức tạp, cho phép chúng đưa ra các quyết định hành động thay vì chỉ phản xạ bản năng. [1, 2, 3]
Chuỗi hạch thần kinh bụng (Ventral Nerve Cord - VNC): Tương đương với tủy sống ở động vật có vú, nằm ở phần ngực. VNC chịu trách nhiệm tích hợp thông tin cảm giác và điều khiển các hoạt động vận động như đi bộ, bay, và chải chuốt. [1, 2, 3, 4]
2. Hệ thần kinh ngoại vi (PNS)
Bao gồm các cơ quan cảm giác kết nối trực tiếp với hệ thần kinh trung ương:
Mắt kép: Là bộ phận ngoại vi quan trọng nhất, giúp ruồi giấm có thị giác phi thường để phát hiện kẻ thù.
Các cơ quan cảm giác khác: Nằm trên đầu, ngực và các đốt bụng, giúp tiếp nhận các tín hiệu về mùi (khứu giác), vị (vị giác), nhiệt độ và cơ học từ môi trường. [1, 2, 3]
3. Đặc điểm nổi bật
Sự tương đồng với người: Nhiều cấu trúc và chức năng thần kinh của ruồi giấm được bảo tồn và tương tự như ở người, giúp các nhà khoa học nghiên cứu các bệnh thoái hóa thần kinh như Parkinson hay Alzheimer. [1, 2]
Cấu trúc tế bào: Hệ thần kinh bao gồm các tế bào thần kinh (neuron) và tế bào thần kinh đệm (glia). [1, 2]
Bản đồ kết nối (Connectome): Các nhà khoa học đã xây dựng được bản đồ chi tiết với hơn 50 triệu kết nối giữa các tế bào thần kinh trong não ruồi giấm
Hệ thần kinh của ruồi giấm
Quảng cáo
Bạn cần hỏi gì?
Câu hỏi hot cùng chủ đề
-
Đã trả lời bởi chuyên gia
35586 -
Đã trả lời bởi chuyên gia
29294 -
Đã trả lời bởi chuyên gia
25950 -
Đã trả lời bởi chuyên gia
25557 -
Hỏi từ APP VIETJACK
Đã trả lời bởi chuyên gia
22793 -
Hỏi từ APP VIETJACK
Đã trả lời bởi chuyên gia
20796
