Учёные представили первую полную карту мозга насекомого.
На создание всеобъемлющей карты, называемой коннектомом, ушло 12 лет кропотливой работы, и она показывает расположение всех 3016 нейронов в мозге личинки плодовой мушки (Drosophila melanogaster). Между этими клетками мозга находится 548 тысяч точек соединения, или синапсов, через которые клетки могут посылать друг другу химические сообщения, которые, в свою очередь, запускают электрические сигналы, проходящие через проводку клеток.
Исследователи выявили сети, через которые нейроны на одной стороне мозга отправляют данные на другую, сообщила команда 9 марта в журнале Science. Команда специалистов также классифицировала 93 различных типа нейронов, которые отличаются по своей форме, предполагаемой функции и способу соединения с другими нейронами.
Новый коннектом примечателен своей полнотой, рассказали эксперты Live Science.
«Это первое исследование, в котором удалось составить карту всего центрального мозга насекомого и, таким образом, охарактеризовать все синаптические пути всех нейронов», — объяснили Нуно Макарико да Коста (Nuno Maçarico da Costa) и Кейси Шнайдер-Мизелл (Casey Schneider-Mizell), члены группы нейронного кодирования в Сиэтлском институте наук о мозге Аллена, которые не участвовали в этой инициативе.
В 2020 году другая исследовательская группа опубликовала частичный коннектом взрослой плодовой мушки, содержащий 25 тыс. нейронов и 20 миллионов синапсов. При этом стоит отметить, что у учёных имеются полные коннектомы всего для трёх организмов: нематоды, личинки асцидии и личинки морского червя. Каждый из этих коннектомов содержит несколько сотен нейронов и не имеет отчётливых полушарий мозга, которые можно увидеть у насекомых и млекопитающих, сказал соавтор исследования Джошуа Фогельштейн (Joshua Vogelstein), директор и соучредитель лаборатории NeuroData в Университете Джона Хопкинса.
Новый коннектом помогли построить более 80 человек, сообщил Live Science в электронном письме первый автор исследования Майкл Виндинг (Michael Winding), научный сотрудник отдела зоологии Кембриджского университета. Для этого учёные тонко разрезали мозг личинки мухи на 5 тыс. срезов и сделали микроскопические снимки каждого из них. В дальнейшем они собрали эти изображения вместе, чтобы сформировать трёхмерный объём. Затем команда экспертов изучила изображения, идентифицировала в них отдельные клетки и вручную отследила их провода.
Полученная карта несколько удивила учёных.
Например, учёные склонны думать, что нейроны отправляют исходящие сообщения через длинные провода, называемые аксонами, и получают сообщения через более короткие, разветвлённые провода, называемые дендритами. Однако существуют исключения из этого правила, и оказывается, что связи от аксона к аксону, от дендрита к дендриту и от дендрита к аксону составляют около трети всех синапсов в мозге личинки мухи, сказал Виндинг.
По словам Фогельштейна, коннектом также оказался на удивление «поверхностным», то есть входящая сенсорная информация проходит через очень небольшое количество нейронов, прежде чем попасть к одному, участвующему в управлении моторикой, который может направить муху на выполнение физического действия. По словам Виндинга, для достижения такого уровня эффективности мозг имеет встроенные «ярлыки» между цепями, которые чем-то напоминают таковые в современных системах искусственного интеллекта.
По словам Шнайдер-Мизелла, одним из ограничений коннектома является то, что он не фиксирует, какие нейроны являются возбуждающими, то есть побуждают другие нейроны к срабатыванию, или тормозящими, то есть снижают вероятность срабатывания нейронов. По его словам, эта динамика влияет на то, как информация проходит через мозг.