Ученые представили первую в истории полную карту мозга взрослой плодовой мухи, запечатленную с потрясающими деталями

Исследователи нанесли на карту все 139 255 нейронов в мозгу взрослой плодовой мухи, которые связаны более чем 50 миллионами синапсов.

В 2013 году нейробиолог Дэви Бок и его команда из исследовательского кампуса Джанелия Медицинского института Говарда Хьюза погрузили мозг взрослой самки плодовой мухи в затвердевающий химический раствор. К 2018 году они кропотливо разрезали затвердевший мозг размером с маковое зернышко на 7050 слоев и сделали 21 миллион фотографий срезов с помощью электронной микроскопии.

Они обнародовали изображения, и эти данные породили новую идею: нейробиолог по мухам Мала Мурти и вычислительный нейробиолог Себастьян Сын из Принстонского института нейробиологии задались вопросом, могут ли они использовать изображения для создания карты мозга плодовых мух — вплоть до каждого отдельного нейрона. и синапс.

«Это казалось действительно смешным», — говорит Мерти. НаукаРодриго Перес Ортега. «Это был слишком большой продукт. Никто не делал карты такого масштаба».

Они использовали искусственный интеллект, чтобы реконструировать клетки мозга мухи на основе данных изображения, но модель не была идеальной и допустила некоторые ошибки. Поэтому исследователи создали консорциум FlyWire, чтобы набрать сотни добровольцев для корректировки и аннотирования трехмерного мозга, называемого коннектомом, вручную.

В результате этих монументальных совместных усилий команда создала наиболее полную карту мозга любого организма на сегодняшний день. Оно насчитывало почти 140 000 нейронов, 8453 различных типы нейронов и более 54,5 миллионов синапсов.

Выводы команды были опубликованы в серии из девяти статей в журнале. Природа в среду. Если распутать нейронные связи мозга плодовой мухи, то она растянется более чем на 490 футов, что длиннее, чем у четырех синих китов, выстроившихся носом к хвосту, согласно данным ученых. Нью-Йорк Таймс«Карл Циммер.

«Это огромное дело», — говорит Клэй Рид, нейробиолог из Алленовского института наук о мозге, не принимавший участия в проекте. Новости природыСара Рирдон. «Это то, чего мир с нетерпением ждал в течение долгого времени».

Ранее исследователи нанесли на карту части гораздо меньшего мозга личинки морского червя (78 нейронов), личинки асцидии (177 нейронов) и взрослого круглого червя (302 нейрона). В прошлом году ученые опубликовали первый полный коннектом личинки плодовой мухи, содержащий 3000 нейронов.

Однако мозг взрослой плодовой мухи гораздо сложнее — и, что наиболее важно, согласно заявлению, у мелких насекомых 60 процентов ДНК человека, а также 75 процентов генов, которые вызывают генетические заболевания. Таким образом, столь детальное понимание мозга мухи может иметь значение для связей в человеческом мозге, а также для нейронных путей, которые приводят к определенному поведению. Плодовые мухи, как и люди, могут напиваться, петь и бодрствовать от кофе, что указывает на сходство нашего мозга.

«Вы можете спросить, почему нас должен волновать мозг плодовой мухи», — говорит Сын Хранитель» Йен Сэмпл. «Мой простой ответ: если мы сможем по-настоящему понять, как функционирует какой-либо мозг, он обязательно расскажет нам что-то обо всех мозгах».

В одном из исследований ученые создали компьютерную симуляцию мозга мухи для анализа потока сенсорных сигналов. Новости природы. Они протестировали смоделированный мозг, подвергая его сигналам о сладком и горьком вкусе. Эти стимулы заставили мозг активировать мотонейроны, которые у настоящей мухи двигают хоботком — эквивалентом языка у насекомых.

Возможно, неудивительно, что сладкий триггер заставил симуляцию посылать сигналы, которые расширяли хоботок, а горький — нет. Дальнейшее исследование показало, что компьютерная модель с точностью более чем на 90 процентов предсказала реакцию мозга настоящей мухи.

50 крупнейших нейронов коннектома мозга мухи.

50 крупнейших нейронов коннектома мозга мухи выделены цветами.

Коннектом и все связанные с ним данные раскрывают закономерности здоровых функций мозга и, таким образом, могут иметь важное значение в лечении заболеваний головного мозга. Из 8453 типов нейронов, идентифицированных учеными, 4581 был открыт заново. Карта мозга также дает представление о нейротрансмиттерах, таких как дофамин и серотонин, секретируемых различными типами нейронов.

Анита Девинени, эксперт по плодовым мухам из Университета Эмори, не принимавшая участия в исследованиях, рассказывает Нью-Йорк Таймс что она полагается на общедоступные данные команды для планирования новых экспериментов: «Мы используем их во всем, что делаем».

Ученые надеются в конечном итоге составить карту мозга самца плодовой мухи, чтобы дополнить его женский мозг, а затем перейти к еще более амбициозным проектам, таким как создание коннектома для мозга мыши, в котором примерно в 1000 раз больше нейронов, чем у плодовой мушки.

«Мы еще не закончили, но это большой шаг», — говорит Бок, нейробиолог, который начал нарезать мозг мух в 2013 году. Новости природы.