Ученые представили миру полный коннектом плодовой мушки — дрозофилы
Science11 марта 2023 г. · 6 минут чтения
Морфология всех нейронов головного мозга личинки дрозофилы.
Удивительный мозг личинок дрозофилов, несмотря на свой маленький размер, включает в себя около 3000 нейронов и почти 550000 синапсов. К такому выводу пришли ученые спустя 12-летнего изучения плодовой мушки. Исследование с подробной картой сложного строения мозга насекомого опубликовано в журнале Science.
Плодовая мушка дрозофила достигает в длину всего несколько миллиметров, а ее голову можно сравнить с крупицей соли. Однако, это не помешало ученым разгадать все секреты строения ее крошечного мозга. Исследователи разработали подробную карту нейронов и синапсов в мозгу личинок дрозофилы, включающую 3 016 нейронов и 548 000 синапсов. По словам ученых, это самая сложная карта мозга дрозофила из когда-либо созданных раннее. «Впервые исследователям удалось полностью изобразить на карте центральный мозг дрозофилы со всеми синапсами и нейронами», — сообщили Live Science члены группы нейронного кодирования в Институте наук о мозге Аллена в Сиэтле, Нуно Масарико да Коста и Кейси Шнайдер-Мизелл.
«Новая диаграмма — это справочная карта, которая помогает лучше понять, как работает мозг», — говорит Марта Златич, соавтор исследования и нейробиолог из Кембриджского университета в Англии. Немного ранее, в 2020 году другая группа ученых уже публиковала частичный коннектом взрослой плодовой мухи, который содержал 25 000 нейронов и 20 миллионов синапсов. На сегодняшний день ученым удалось разработать коннектомы еще для трех других видов жизни: нематодов, личинок асцидии и личинок морского червя. «Каждый из этих карт содержит несколько сотен нейронов и не имеет отдельных полушарий мозга, наблюдаемых у насекомых и млекопитающих», — говорит Джошуа Фогельштейн, соавтор исследования, директор и соучредитель лаборатории NeuroData в Университете Джонса Хопкинса.
«Всего в исследовании принимали участие более 80 ученых», — сообщил Live Science научный сотрудник кафедры зоологии Кембриджского университета Майкл Виндинг. В ходе эксперимента ученые разрезали мозг личинки дрозофила на 5000 слоев и сделали микроскопические изображения каждого среза. Они собрали эти изображения вместе, чтобы сформировать трехмерный объем. Затем они идентифицировали нейроны на каждом изображении и проследили их связи с другими нервными клетками.
Они разделили нейроны на 93 типа. Почти 75 процентов наиболее хорошо связанных нейронов были связаны с центром обучения мозга. Полученный коннектом несколько удивил ученых. Как правило, нейроны отправляют сообщения по длинным проводам — аксонам и получают сообщения по более коротким разветвленным проводам — дендритам. Однако, из этого правила есть исключения. По словам Виндинга, соединения аксон-к-аксону, дендрит-к-дендриту и дендрит-к-аксону составляют около трети синапсов в мозгу личинки дрозофилы. «Учитывая широту этих связей, они должны быть важны для вычислений мозга», — сказал Майкл Виндинг.
В человеческом мозгу насчитывается 86 миллиардов нейронов и сотни триллионов синапсов. Таким образом, нейронных связей гораздо больше, чем звезд в Млечном Пути. Однако, между мозгом плодовой мушки и человеческим мозгом есть некоторое сходство. По словам Джошуа Фогельштейн, соавтора исследования, инженера-биомедика из Университета Джона Хопкинса, в обоих случаях есть области, которые соответствуют принятию решений, обучению и навигации. Теперь ученые надеются использовать коннектом, чтобы лучше понять структуры, участвующие в принятии решений и обучении. По словам Фогельштейна, коннектом открывает двери для многих будущих достижений, таких как более энергоэффективные системы искусственного интеллекта и лучшее понимание процесса человеческого обучения.
