Ученые впервые создалимодель всего мозга плодовой мушки. Это может произвести революцию в области нейробиологии и открыть путь к пониманию, 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 были классифицированы 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 — если его распутать, протянется на 150 м — был отображен при кропотливой нарезке 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. ИИ допускал множество ошибок. Целая армия ученых и добровольцев помогала их исправить.
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, чтобы координировать активность различных нейронных цепей. Также была обнаружена особая нейронная цепь, которая при срабатывании заставляет плодовых мушек останавливаться на месте во время движения.
С помощью схемы, известной как коннектома, исследователи также создали компьютерную симуляцию части мозга мухи. Эксперименты с ней помогли им выявить нейронные цепи, обрабатывающие вкусовые ощущения. То есть будущее моделирование может пролить свет на сигналы мозга, влияющие 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, опубликованыв 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 неизвестно, удастся ли создать модель человеческого мозга с его 86 млрд нейронов и трлн связей.
Человеческий мозг примерно в миллион раз сложнее мозга плодовой мушки, и современным технологиям не под силу создать его модель. Кроме того, на это нужен огромный объем памяти — по оценкам ученых, зеттабайт данных, что эквивалентно всему мировому интернет-трафику за год.
Более реалистично составить карту нейронных связей в отдельных частях человеческого мозга. Такое исследование могло бы пролить свет на основу 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 управляеттем, 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.