Ученые составили карту каждой нервной клетки в мозге этого насекомого

На составление схемы нервных клеток детеныша плодовой мушки и их связей ушло 12 лет.

На этой диаграмме показаны все нервные клетки (многоцветные) в мозге детеныша плодовой мушки. Каждый шар представляет собой тело клетки. Удлиненные хвосты показывают отростки, которые передают и принимают информацию между нейронами. Соединения между клетками, известные как синапсы, здесь не видны.

Проводка мозга одного насекомого теперь практически полностью изучена.

Мозг состоит из нервных клеток, или нейронов. Эти нейроны постоянно посылают друг другу сообщения. Именно так функционирует мозг, позволяя животным выполнять такие действия, как ходьба, дыхание и мышление.

Мозг человека, в котором, по оценкам, насчитывается более 80 миллиардов нейронов, очень трудно изучить. Но у многих животных мозг меньше, в нем меньше нейронов. Это делает их полезными для изучения работы мозга.

Впервые ученые составили карту всех нейронов в мозге детеныша плодовой мушки. Исследователи также выяснили, как клетки соединяются друг с другом. Такая карта нейронных связей называется коннектомом. На сегодняшний день это самая сложная диаграмма проводки целого мозга из когда-либо созданных. Исследователи описали свою работу в журнале Science от 10 марта.

Более сложные мозги

До сих пор только у трех животных мозг был изображен с такой степенью детализации. Одним из них был трубкообразный морской обитатель, называемый морской кальмар. Два других были видами червей. Но у этих существ во всем теле насчитывается не более 1 500 нейронов. Ученые, проводившие новое исследование, хотели понять гораздо более сложных животных, мозг которых содержит тысячи нейронов.

Плодовые мушки (Drosophila melanogaster) подошли для этого. Их мозг больше похож на мозг человека, чем на мозг морской водоросли или червя. Плодовые мушки также обладают широким спектром общих с человеком форм поведения. Например, они могут комбинировать информацию от нескольких органов чувств, таких как зрение и осязание. Они также могут учиться. Это делает мозг плодовой мушки новым захватывающим испытанием в области нейронного картирования.

Исследователи решили изучить, в частности, мозг детенышей плодовых мушек. Детеныши плодовых мушек, называемые личинками, могут делать почти все то же самое, что и взрослые мушки, за исключением некоторых вещей, таких как полет и спаривание. Но у маленьких существ меньше нейронов и они меньше, чем у взрослых, говорит Альберт Кардона. Это позволяет собирать данные гораздо быстрее, говорит он. Кардона - нейробиолог, он работает в Лаборатории молекулярной биологии MRC. Это в Кембридже, Англия.

Составление карты нейронов

По словам Марты Златич, команда начала зарисовывать мозг личиночной плодовой мушки 12 лет назад. Она также является нейробиологом в Лаборатории молекулярной биологии MRC.

Сначала Златич, Кардона и их коллеги сделали снимки всего мозга личиночной плодовой мушки. Для этого они использовали мощный инструмент для приближения крошечных объектов - электронный микроскоп. Исследователи сшили эти изображения вместе с помощью компьютера. Затем они вручную проследили каждый нейрон, чтобы создать трехмерную виртуальную модель всех клеток.

Эта модель помогла команде обнаружить связи, по которым информация передается между нейронами. Эти соединения называются синапсами. Исследователи даже смогли определить, какая клетка посылает информацию, а какая принимает ее в каждом синапсе.

В целом, трехмерная модель выявила более 3 000 нейронов и около 550 000 связей.

Схемы соединения

В мозге группы нейронов, называемые цепями, работают вместе для обработки информации. Поэтому команда исследовала, как множество нейронов соединяются в цепи у плодовых мушек. Исследователи изучили нейроны, непосредственно связанные друг с другом. Они также изучили нейроны, связанные на расстоянии, которые не имеют прямой связи - это похоже на поиск связей между дальними родственниками на семейном древе. Нейронные связи в таком более широком масштабе образуют так называемый паттерн связности.

Схема связей, обнаруженная в мозге плодовой мушки, выявила 93 различных типа нейронов. Клетки каждого типа имеют сходную структуру связей с другими клетками. Эти группировки совпадали с другими характеристиками нейронов, включая форму и функцию.

Некоторые нейроны были чрезвычайно хорошо связаны между собой. Они были напрямую связаны с 20 или более другими нейронами. Почти 75 процентов этих нейронов были связаны с центром обучения мозга, что показывает, насколько важно обучение для этих животных.

Хотя эта работа заняла 12 лет, технология значительно улучшилась с момента начала проекта, говорит Златич. При повторении проекта сегодня он не занял бы столько времени. Но эта карта всего мозга может послужить образцом для других ученых, изучающих схемы мозга, говорит Златик. "Теперь у нас есть эталонная карта".