Учёные создали крупнейшую на сегодня карту мозга и центральной нервной системы взрослого самца дрозофилы
Учёные из Google Research впервые получили полный коннектом взрослого самца плодовой мушки Drosophila melanogaster — детальную схему соединений между нервными клетками. В карту вошли более 166 000 нейронов и около 125 млн синаптических связей. Причём исследователи картировали не только мозг, но и брюшную нервную цепочку — структуру, функционально аналогичную спинному мозгу у человека. Это позволяет прослеживать путь сигнала дальше мозга, вплоть до нейронов, управляющих движениями тела.
Работа стала результатом проекта, продолжавшегося около 10 лет. Для создания карты мозг и тело мухи разделили на миллионы тонких срезов, каждый из которых изучили с помощью электронной микроскопии. Затем вычислительные методы и искусственный интеллект объединили миллионы двумерных изображений в единую трёхмерную реконструкцию нервной системы и помогли определить границы отдельных нейронов. Итоговую карту дополнительно проверили и разметили.
Получившаяся структура позволяет буквально проследить отдельные нейронные цепи — например, от зрительных клеток, воспринимающих окружающую обстановку, через промежуточные нейроны к двигательным клеткам. Среди таких цепей есть и визуально-моторные пути, связанные с поведением самца. Один из показанных примеров начинается с фоторецепторов и заканчивается на двигательном нейроне, а между ними проходит через несколько промежуточных звеньев, включая специфичный для самцов тип, связанный с обработкой сигналов, участвующих в ухаживании.
Особенно интересной карта оказалась для изучения различий между самцами и самками. Большинство типов нейронов у них одинаковы, однако часть клеток встречается только у одного пола. Есть и промежуточный вариант: один и тот же тип нейрона присутствует у самцов и самок, но соединён с разными соседними клетками. Поэтому половые различия могут определяться не только тем, какие нейроны есть в мозге, но и самой схемой их соединений.
Полная карта самца дополняет ранее созданный коннектом самки дрозофилы и позволяет впервые системно сравнивать нервные системы двух полов. Уже вместе с новой картой опубликованы 3 исследования, посвящённые зрению, вкусовой системе и социальному поведению насекомых. Авторы рассчитывают использовать полученный набор данных как основу для дальнейших экспериментов и одновременно совершенствовать методы автоматической реконструкции, поскольку нынешнее картирование даже сравнительно небольшого мозга требует значительного объёма ручной проверки.
Дрозофила остаётся одним из ключевых модельных организмов биологии благодаря короткому жизненному циклу и хорошо изученной генетике, а теперь становится и важной моделью для исследования работы мозга на уровне отдельных клеток и связей между ними. Полностью картировать человеческий мозг с его примерно 86 млрд нейронов современными методами пока невозможно, поэтому подобные проекты на небольших организмах позволяют постепенно переходить от отдельных участков нервной системы к её целостной структуре.