Международная команда под руководством Университета Джона Хопкинса и Кембриджского университета создала полную карту всех нейронов и нейронных связей мозга личинки плодовой мушки дрозофилы. Это самая сложная на сегодня карта мозга насекомого. Она приближает ученых к пониманию механизма мышления.
Первая попытка составить карту мозга живого существа было предпринята в 1970-х годах. Тогда 14-летнее исследование круглых червей, привело к составлению частичной карты мозга червя и Нобелевской премии. С тех пор частичные коннектомы (системы межнейронных соединений) были построены для многих живых организмов, включая мух, мышей и даже людей. Но все эти реконструкции представляют лишь небольшую часть всего мозга. Полные коннектомы были созданы только для нескольких простых видов с количеством нейронов от нескольких сотен до нескольких тысяч — это аскариды, личинки асцидии и личинки морского кольчатого червя.
На видео показан процесс картирование: делаются тысячи срезов мозга и по ним реконструируются межнейронные связи.
Реконструированный международной командой нейробиологов под руководством Университета Джона Хопкинса и Кембриджского университета коннектом личинки плодовой мушки Drosophila melanogaster является наиболее полной и самой большой из сделанных на сегодня карт всего мозга насекомого. Он включает в себя 3016 нейронов и каждую связь между ними: их 548 тысяч.
Получение полной картины мозга на клеточном уровне требует разрезания мозга на тысячи отдельных образцов ткани, каждый из которых нужно визуализировать с помощью электронного микроскопа, прежде чем начнется кропотливый процесс реконструкции всех этих фрагментов, нейрон за нейроном, в полную картину. Так и был получен четкий портрет мозга. На то, чтобы сделать это с личинкой плодовой мушки, ушло более десяти лет. По оценкам, мозг мыши в миллион раз больше, чем у плодовой мушки, а это означает, что шанс на картирование чего-либо близкого к человеческому мозгу маловероятен в ближайшем будущем.
Команда выбрала личинку плодовой мухи неслучайно. Мозг насекомого имеет много общего с фундаментальной биологией человека, включая сопоставимую генетическую основу. Мозг дрозофилы обладает сильными способностями к обучению и принятию решений, что делает его полезным модельным организмом в нейробиологии.
На видео показано, как нейроны взаимодействуют внутри каждого полушария мозга и между полушариями.
В конце концов, команда составила схему каждого нейрона и каждой связи и классифицировала каждый нейрон по роли, которую он играет в мозге. Ученые обнаружили, что самыми загруженными сетями мозга были те, которые вели к нейронам обучающегося центра и от них.
Как отмечает ведущий автор работы Джошуа Т. Фогельштейн, мозг личинки плодовой мухи поразительно похож на архитектуру машинного обучения. Команда ожидает, что дальнейшее изучение карты мозга раскроет еще больше вычислительных принципов и потенциально вдохновит на создание новых систем искусственного интеллекта.
