Международная команда ученых из Канады, Германии, Лаборатории молекулярной биологии MRC и Кембриджского университета в Великобритании создала первую схему соединений всего мозга плодовой мушки.
Это достижение обещает произвести революцию в области нейронауки и проложить путь к беспрецедентному пониманию того, как мозг формирует поведение.
Так много усилий на столь малый объем
— Редко когда в науке так много усилий направлялось на столь малый объем материала: ученым потребовались годы, чтобы составить карту извилин всех 139 255 нейронов и 50 млн связей, объединенных в мозге мухи размером с маковое зернышко, — говорится в сообщении.
В ходе работы исследователи классифицировали более 8 400 различных типов клеток, составив первый полный список компонентов для построения мозга мухи.
— Вы можете спросить, почему нас должен волновать мозг плодовой мушки. Мой простой ответ заключается в том, что если мы сможем понять, как функционирует этот мозг, это обязательно расскажет нам что-то обо всех мозгах, — сказал профессор компьютерных наук и нейронауки в Принстонском университете Себастьян Сын.
Исследование
Сложное переплетение нейронов, которое, если его распутать, достигло бы 150 метров, было картировано в ходе кропотливого процесса, который начался с разрезания мозга самки плодовой мушки на 7000 тонких полосок.
Каждый участок был сфотографирован в электронном микроскопе, чтобы выявить структуры шириной всего в четыре миллионных миллиметра.
Затем исследователи обратились к искусственному интеллекту, чтобы проанализировать миллионы изображений и проследить путь каждого нейрона и синаптической связи по всему крошечному органу.
Поскольку ИИ допустил множество ошибок, была набрана глобальная армия ученых и добровольцев, чтобы помочь исправить ошибки и завершить карту.
Результаты
Работа уже принесла плоды. Вооружившись диаграммой, исследователи обнаружили нейроны, которые объединяют различные типы информации и могут посылать сигналы для координации активности в различных нейронных цепях.
Также была обнаружена определенная нейронная цепь, которая при срабатывании заставляет плодовых мушек останавливаться на своих дорожках во время ходьбы.
В предвкушении того, что должно произойти, исследователи использовали схему соединений, известную как коннектом, для создания компьютерной симуляции части мозга мухи.
Эксперименты с симуляцией привели к выявлению нейронных цепей, используемых для обработки вкуса, что может пролить дополнительный свет на то, как связи мозга обуславливают поведение животных.
Мозг человека
Сообщается, что уже началась работа по созданию полной схемы соединений для мозга мыши, и исследователи надеются завершить ее через пять-десять лет.
Но повторение этого подвига для всего человеческого мозга с его 86 млрд нейронов и триллионами связей — это другой вопрос. Человеческий мозг примерно в миллион раз сложнее мозга плодовой мушки, что делает полную схему соединений за пределами практической достижимости с сегодняшними технологиями.
Это также потребовало бы довольно большой памяти: ученые подсчитали, что это составило бы зеттабайт данных, что эквивалентно всему мировому интернет-трафику за год.
Более реалистичный подход — картирование нейронных связей в частях человеческого мозга, исследование, которое в конечном итоге может пролить свет на то, лежит ли неправильная связь в основе нейропсихиатрических и других мозговых расстройств.
