«Через 200 нейронов поверните налево»: исследователи составили карту мозга мушки
Представьте, как было бы удобно иметь карту мозга. Подобно тому, как географическая схема показывает рельеф и границы, нейробиологический план содержал бы координаты нейронов и связи между ними. И хотя до карты человеческого мозга ученым еще далеко, плодовой мушке повезло больше. Недавно команда ученых опубликовала полный коннектом взрослой особи дрозофилы — той самой, которая летает над вашими бананами на кухне.
Наш мозг издавна пытался понять, как он устроен. И если Гиппократ считал этот орган «вместилищем души», то современные ученые говорят о том, что в головном мозге человека находится почти 90 миллиардов нейронов, которые образуют между собой 100 триллионов нейронных связей. Из-за такой сложной структуры мы можем общаться, думать и учиться, но она же затрудняет изучение органа. Поэтому исследовать мозг начали у братьев наших меньших — червей, оболочников и мух.
Чтобы построить коннектом, мозг или другую нервную структуру надо разрезать на тысячи образцов, изучить с помощью электронного микроскопа и заново воссоздать карту нейронов и синапсов. Занятие это долгое и кропотливое: коннектом Caenorhabditis elegans (круглого червя) составляли почти десять лет, хотя у него всего 300 нейронов. В 2023 году исследователи составили коннектом личинки дрозофилы, нейронов в котором в десять раз больше.
Иллюстратор: Полина Лужина
Недавно международная группа ученых завершила глобальный проект и составила полный коннектом взрослой особи дрозофилы. Хотя мозг плодовой мушки меньше миллиметра, в нем находится 140 тысяч нейронов и 55 миллионов связей между ними. Но почему именно мушки заинтересовали ученых? Дело в том, что они умеют решать сложные задачи: обучаться, определять запахи, запоминать маршруты и даже совершать «брачные танцы». Еще в геноме мушек присутствует около 60 % генов, которые есть и у людей. Такое сходство, в теории, поможет понять, как устроен и наш мозг.
Чтобы реконструировать огромную структуру мозга мушки, команды исследователей из разных стран объединились и создали консорциум FlyWire. Сначала ученые собрали снимки мозга, которые ранее получили с помощью электронного микроскопа. Затем разработали алгоритмы, которые соотносили снимки друг с другом и выстраивали цельную картинку мозга. Если где-то недоставало нейронов, их достраивали с помощью программ искусственного интеллекта, а получившийся результат проверяли волонтеры по всему миру. Так получилась схема нейронов и синапсов, которые ученые описали по видам и функциям.
Теперь с компьютерной моделью могут ознакомиться все желающие. И хотя ученые все еще далеки от составления карты мозга человека, «прогулка» по нейронам мушки не менее захватывающая. Проверьте сами!
Фото на обложке: unsplash.com
