Переддень революції в нейробіології: вчені створили схему з’єднань усього мозку плодової мушки

Міжнародна команда вчених із Канади, Німеччини, Лабораторії молекулярної біології MRC і Кембриджського університету у Великій Британії створила першу схему з’єднань усього мозку плодової мушки.

Це досягнення обіцяє зробити революцію в галузі нейронауки і прокласти шлях до безпрецедентного розуміння того, як мозок формує поведінку.

Так багато зусиль на такий малий обсяг

– Рідко коли в науці так багато зусиль спрямовували на такий малий обсяг матеріалу: вченим знадобилися роки, щоб скласти карту звивин усіх 139 255 нейронів і 50 млн зв’язків, об’єднаних у мозку мухи розміром із макове зернятко, – ідеться в повідомленні.

Під час роботи дослідники класифікували понад 8 400 різних типів клітин, склавши перший повний список компонентів для побудови мозку мухи.

– Ви можете запитати, чому нас має хвилювати мозок плодової мушки. Моя проста відповідь полягає в тому, що якщо ми зможемо зрозуміти, як функціонує цей мозок, це обов’язково розповість нам щось про всі мізки, – сказав професор комп’ютерних наук і нейронауки в Прінстонському університеті Себастьян Син.

Дослідження

Складне переплетення нейронів, яке, якщо його розплутати, сягнуло б 150 метрів, було картовано під час копіткого процесу, що розпочався з розрізання мозку самки плодової мушки на 7000 тонких смужок.

Кожну ділянку сфотографували в електронному мікроскопі, щоб виявити структури завширшки лише в чотири мільйонні міліметри.

Потім дослідники звернулися до штучного інтелекту, щоб проаналізувати мільйони зображень і простежити шлях кожного нейрона і синаптичного зв’язку по всьому крихітному органу.

Оскільки ШІ припустився безлічі помилок, було набрано глобальну армію вчених і добровольців, щоб допомогти виправити помилки і завершити карту.

Результати

Робота вже принесла плоди. Озброївшись діаграмою, дослідники виявили нейрони, які об’єднують різні типи інформації і можуть посилати сигнали для координації активності в різних нейронних ланцюгах.

Також було виявлено певний нейронний ланцюг, який при спрацьовуванні змушує плодових мушок зупинятися на своїх доріжках під час ходьби.

У передчутті того, що має статися, дослідники використовували схему з’єднань, відому як коннектом, для створення комп’ютерної симуляції частини мозку мухи.

Експерименти із симуляцією привели до виявлення нейронних ланцюгів, які використовуються для обробки смаку, що може пролити додаткове світло на те, як зв’язки мозку обумовлюють поведінку тварин.

Мозок людини

Повідомляється, що вже почалася робота зі створення повної схеми з’єднань для мозку миші, і дослідники сподіваються завершити її через п’ять-десять років.

Але повторення цього подвигу для всього людського мозку з його 86 млрд нейронів і трильйонами зв’язків – це інше питання. Людський мозок приблизно в мільйон разів складніший за мозок плодової мушки, що робить повну схему з’єднань за межами практичної досяжності з сьогоднішніми технологіями.

Це також вимагало б досить великої пам’яті: вчені підрахували, що це склало б зеттабайт даних, що еквівалентно всьому світовому інтернет-трафіку за рік.

Більш реалістичний підхід – картування нейронних зв’язків у частинах людського мозку, дослідження, яке в кінцевому підсумку може пролити світло на те, чи лежить неправильний зв’язок в основі нейропсихіатричних та інших мозкових розладів.