Американские и европейские нейрофизиологи впервые подготовили коннектом мозга личинки дрозофилы, полную карту всех связей между нервными клетками в центральной нервной системе этого беспозвоночного существа. Изучение этой карты раскроет механизмы работы мозга насекомых, сообщила в четверг пресс-служба Департамента исследований и инноваций Великобритании (UKRI).
"До настоящего времени у нас не было никаких данных по полной структуре мозга, за исключением коннектомов червя-нематоды, а также одного из морских червей и личинки одного из примитивных видов асцидий. Поэтому можно сказать, что нейрофизиологи работали вслепую. Теперь у нас появилась первая возможность раскрыть механизмы работы всего мозга в целом", - заявила профессор Кембриджского университета (Великобритания) Марта Златич, чьи слова приводит пресс-служба UKRI.
Нейрофизиологи уже несколько десятилетий пытаются понять, как устроен мозг человека и других живых существ и как соединены друг с другом отдельные нейроны внутри него. Понимание этого критически важно для раскрытия общих принципов работы нервной системы, а также выявления глубинных механизмов обработки различных форм информации центральной нервной системой.
Как отмечают профессор Златич и ее коллеги, за последние десятилетия ученые существенно продвинулись в этом направлении и получили несколько частичных коннектомов, трехмерных карт нервной системы, для некоторых регионов мозга человека, обезьян и некоторых других животных. Эти данные помогли совершить массу открытий, однако они не дают полного представления о работе всего мозга в целом.
Полная трехмерная карта мозга
Руководствуясь подобными соображениями, европейские нейрофизиологи и их коллеги из США сосредоточили свои усилия на изучении структуры мозга личинок мушек-дрозофил (Drosophila melanogaster). Он значительно сложнее устроен, чем нервные системы нематод, морских червей и асцидий, но при этом он состоит из относительно небольшого числа нейронов, порядка нескольких тысяч нервных клеток.
Несмотря на кажущуюся простоту этой задачи, профессор Златич и ее коллеги потратили около десяти лет на то, чтобы подготовить свыше 4,8 тыс. тонких срезов мозга личинки дрозофилы, просветить их при помощи электронного микроскопа и определить структуру связей между клетками в каждом из подобных слоев нервной ткани. Впоследствии ученые "сшили" эти слои друг с другом при помощи компьютерного алгоритма и получили точную трехмерную модель мозга личинки Drosophila melanogaster.
Она содержит в себе 3016 нервных клеток, которые соединены друг с другом свыше 548 тыс. нервных окончаний-синапсов. Первый анализ этой модели показал, что даже просто устроенный мозг личинок мушек содержит в себе большое число тесно связанных друг с другом цепочек нейронов, отвечающих за обучение и подкрепление. Кроме того, ученым удалось раскрыть связи, соединяющие органы чувств личинок и те регионы мозга, которые отвечают за обработку и использование поступающей информации.
Как надеются профессор Златич и ее коллеги, последующее изучение подготовленной ими карты позволит нейрофизиологам понять, как в целом работает мозг насекомых. Кроме того, эти данные послужат основой и наглядным примером для подготовки последующих коннектомов нервной системы насекомых, что, по мнению исследователей, ускорит подготовку новых, более сложных и масштабных трехмерных карт мозга.