Ученые совершили революцию, сделав модель мозга плодовой мушки

Ученые впервые создали модель всего мозга плодовой мушки, что может произвести революцию в области нейробиологии и открыть путь к пониманию того, как мозг управляет поведением. Ученым потребовались годы, чтобы составить карту связей всех 139 255 нейронов и 50 млн соединений в мозге мухи размером с маковое зернышко. В процессе работы было классифицировано более 8,4 тыс. различных типов клеток.

«Почему нас должен волновать мозг плодовой мушки?, — говорит Себастьян Сеунг, профессор информатики и нейробиологии Принстонского университета и один из руководителей проекта FlyWire. — Если мы сможем понять, как функционирует один мозг, это обязательно расскажет нам что-то обо всех остальных».

Замысловатый «клубок» нейронов, который, если его распутать, протянется на 150 м, был отображен в ходе кропотливого процесса, начавшегося с нарезки мозга самки плодовой мушки на 7 тыс. тонких кусочков. Каждый кусочек был исследован в электронном микроскопе, чтобы выявить структуры шириной до четырех миллионных долей миллиметра.

Затем исследователи с помощью искусственного интеллекта, проанализировали миллионы изображений и проследили путь каждого нейрона и синаптической связи по всему миниатюрному органу. Поскольку ИИ допускал множество ошибок, была привлечена целая армия ученых и добровольцев, которые помогли исправить ошибки.

Работа уже принесла свои плоды. Благодаря получившейся модели исследователи обнаружили особые нейроны, которые, по-видимому, объединяют различные типы информации, и нейроны, которые могут посылать сигналы для координации активности различных нейронных цепей. Также была обнаружена особая нейронная цепь, которая при срабатывании заставляет плодовых мушек останавливаться на месте во время ходьбы.

С помощью схемы, известной как коннектома исследователи также создали компьютерную симуляцию части мозга мухи. Эксперименты с ней позволили им выявить нейронные цепи, используемые для обработки вкусовых ощущений, что позволяет предположить, что будущее моделирование может пролить свет на то, как сигналы мозга влияют на поведение животных. «Коннектомика — это начало цифровой трансформации нейронауки и эта трансформация распространится и на моделирование мозга», — сказал Сон.

Подробности проекта, в котором участвовали исследователи из Канады, Германии и Лаборатории молекулярной биологии MRC и Кембриджского университета в Великобритании, опубликованы в девяти статьях в журнале Nature. В сопроводительной статье доктор Анита Девинени, нейробиолог из Университета Эмори в Атланте, назвала электрическую схему «эпохальным достижением».

Уже началась работа над созданием полной электрической схемы мозга мыши, которую исследователи надеются завершить через пять-десять лет. Но что касается всего человеческого мозга с его 86 млрд нейронов и трлн связей, то неизвестно, удастся ли создать его модель.

Человеческий мозг примерно в миллион раз сложнее мозга плодовой мушки, что делает создание такой модели невозможным для современных технологий. Кроме того, это потребует огромного объема памяти. По оценкам ученых, он составит зеттабайт данных, что эквивалентно всему мировому интернет-трафику за год.

Более реалистичный подход заключается в составлении карты нейронных связей в отдельных частях человеческого мозга. Такое исследование смогло бы пролить свет на то, что лежит в основе психических и других расстройств мозга.

«Проще говоря, мы не можем исправить то, чего не понимаем, и именно поэтому мы считаем, что сегодня такой важный момент, — сказал доктор Джон Нгаи, директор Инициативы по изучению мозга Национального института здоровья США. — Перед нами, несомненно, стоит большая задача».

Другая группа ученых ранее выяснила, как мозг управляет тем, когда и что мы едим, и это может помочь в борьбе с ожирением. В своем исследовании ученые выяснили, что некоторые нейроны в мозге мышей могут либо вызывать чувство голода и побуждать к еде, либо подавлять желание поесть ради удовольствия. Эти открытия помогают лучше понять, как мы принимаем решения о еде, и могут привести к новым способам лечения ожирения.