Первая в мире полная карта мозга насекомых действительно завораживает
После 12 лет работы большая группа исследователей из Великобритании, США и Германии составила самую большую и сложную на сегодняшний день карту мозга, описывающую все нейронные связи в мозге личинки плодовой мушки.
Хотя он и не приближается по размеру и сложности к человеческому мозгу, он все же охватывает респектабельные 548 000 связей между 3 016 нейронами.
Картирование определяет различные типы нейронов и их проводящие пути, в том числе взаимодействия между двумя полушариями головного мозга и между головным и спинным мозгом. Это приближает ученых к пониманию того, как движение сигналов от нейрона к нейрону приводит к поведению и обучению.
«Если мы хотим понять, кто мы и как мы думаем, частью этого является понимание механизма мысль, — говорит Джошуа Т. Фогельштейн, инженер-биомедик из Университета Джона Хопкинса.
— И ключом к этому является знание того, как нейроны соединяются друг с другом».
Чтобы создать это великолепную многофункциональную карту, называемую коннектомом, исследователи отсканировали тысячи срезов мозга детеныша плодовой мушки с помощью электронного микроскопа высокого разрешения. Затем они объединили изображения и добавили их к уже собранным данным, тщательно отмечая каждую связь между нейронами.
Это включает в себя клетки, которые общаются друг с другом в каждой половине головного мозга, а также те, которые взаимодействуют между двумя полушариями, что позволяет глубже изучить взаимодействия в мозгу.
Полушария мозга выполняют уникальные и важные функции, но то, как они интегрируют и используют информацию от каждая сторона сложного поведения и познания изучена не так хорошо.
«То, как устроена мозговая цепь, влияет на вычисления, которые может выполнять мозг», — объясняет нейробиолог Марта Златик из Кембриджского университета.
>
«Но до сих пор мы не видели структуру ни одного мозга, кроме круглого червя Caenorhabditis elegans, головастика низкого хордового и личинки морского кольчатого червя, у каждого из которых несколько сотен нейроны.»
Недавно ученые добились значительного прогресса в составлении карт человеческого мозга и отслеживании нейронной активности у мышей, но основное внимание уделялось конкретным областям и текущим технология все еще недостаточно развита, чтобы создать коннектом для более крупных животных, таких как человек.
Однако Златик объясняет: «Все мозги похожи — все они представляют собой сети взаимосвязанных нейронов — и все мозги всех видов имеют чтобы выполнять множество сложных действий: всем им нужно обрабатывать сенсорную информацию, учиться, выбирать действия, ориентироваться в окружающей среде, выбирать пищу, узнавать своих сородичей, спасаться от хищников и т. д.»
Дрозофилы (Drosophila melanogaster) являются популярной научно-исследовательской моделью из-за их простых в изучении особенностей, сложного, но компактного мозга, а также из-за того, что они имеют много биологического сходства с людьми.
Примечательно, что связующее звено структуры, которые наблюдали исследователи, были де считается наиболее повторяющимся среди входящих и исходящих нейронов в той части мозга, которая позволяет нам учиться и запоминать то, что мы узнали.
Они также обнаружили, что некоторые из выявленных функций работают в аналогично некоторым компьютерным сетям для машинного обучения.
Особенности нейронов и синапсов, нанесенных на карту в мозгу личинок плодовой мушки (Drosophila melanogaster). (Университет Джона Хопкинса/Кембриджский университет)«То, что мы узнали о коде плодовых мушек, будет иметь значение для кода человека», — утверждает Фогельштейн. «Это то, что мы хотим понять — как написать программу, которая ведет к сети человеческого мозга».
Команда предполагает, что следующим шагом будет изучение нейронной структуры, участвующей в определенных поведенческих функциях. таких как обучение и принятие решений, а также наблюдать за активностью всего коннектома, пока насекомое занято деятельностью.
Первой попыткой составить карту мозга было 14-летнее исследование C . elegans, которая началась в 1970-х годах. В результате была получена неполная карта мозга круглого червя, что в конечном итоге принесло ученым Нобелевскую премию.
«Прошло 50 лет, и это первый коннектом мозга. Это знак на песке, что мы можем это сделать, — говорит Фогельштейн.
«Все готовилось к этому».
Исследование опубликовано в журнале Science.
