Недавно было завершено первое полное картирование нейронов и синаптических связей дрозофилы. Эта амбициозная работа принадлежит международному консорциуму Flywire Consortium. Создание коннектома представляет собой крупный прогресс в нейробиологии и, несомненно, будет способствовать лучшему пониманию человеческого мозга.
Лечение нейродегенеративных заболеваний, таких как деменция (включая болезнь Альцгеймера) и болезнь Паркинсона, все еще является экспериментальным и не очень эффективным. Сложность человеческого мозга и ограниченное понимание его структур затрудняют разработку целевых методов лечения. Доктор Мала Мурти, содиректор проекта Flywire в Принстонском университете, объясняет: «Чтобы понять, как мозг генерирует восприятия, мысли и действия, очень важно понять, как информация передается от сенсорных рецепторов к двигательным выводам.
Предыдущие исследования частично картировали мозг личинки дрозофилы с 3016 нейронами и мозг C elegans с 302 нейронами. Также были опубликованы частичные карты мозга мышей. Однако новый полный коннектом дрозофилы (или плодовой мухи), созданный в рамках проекта Flywire, впервые подробно описывает весь мозг взрослого насекомого. Ученые определили расположение, форму и связи 139 255 нейронов в мозгу плодовой мухи, а также 50 миллионов синапсов, которые их соединяют.
Для достижения этой цели исследователи консорциума Flywire провели десять лет, работая в лабораториях молекулярной биологии Совета медицинских исследований (MRC), Принстонского университета, Университета Вермонта и Кембриджского университета. Взрослая особь Drosophila melanogaster была выбрана из-за ее важности для нейробиологии. Муха способна ходить и летать, а также демонстрирует сложное поведение, такое как обучаемость и хорошая память. Самцы даже «поют», чтобы привлечь самок.
«Почему нас должен волновать мозг плодовых мух?», — задается вопросом в пресс-релизе Себастьян Сын, профессор компьютерных наук и нейробиологии Принстонского университета и один из руководителей проекта Flywire. «Если бы мы могли понять один мозг, это наверняка научило бы нас чему-то обо всех мозгах».
Тщательный и сложный процесс
Чтобы создать коннектом, исследователи сначала разрезали мозг плодовой мухи размером не больше макового семени на 7000 секций. Каждая область была сфотографирована с помощью микроскопа высокого разрешения, что позволило зафиксировать структуры толщиной не менее 40 нанометров.
Обратите внимание: В Украине недавно провели тестирование новой РСЗО + видео в действии.
Полученные изображения затем объединяются в трехмерное изображение мозга.Анализ почти 100 терабайт изображений для отслеживания путей 139 255 нейронов и их 50 миллионов синаптических связей оказался сложным процессом. Поэтому исследователи обратились к искусственному интеллекту. «Мы начали с идентификации нейронов вручную, но на это потребовалось более 4000 лет человеческих усилий», — объясняет Грегори Джеффрис из Лаборатории молекулярной биологии в Кембридже».
Однако модель ИИ, хоть и обученная на работах ученых, допустила ошибки при реконструкции нейронов и потребовала вмешательства человека для их исправления. Затем команда открыла эти данные научному сообществу, что позволило исследователям и волонтерам сотрудничать (с 2019 года) для анализа и аннотирования результатов модели ИИ.
Как только коннектом был готов, ученые смогли пометить различные типы нейронов и синаптических связей, классифицировав более 8400 различных типов клеток. «Этот набор данных можно сравнить с Google Maps, но для мозга: закономерности связей между нейронами позволяют нам определить, какие структуры на спутниковых изображениях Земли соответствуют улицам и зданиям», — пояснил доктор Филипп Шлегель из лаборатории MRC. Эта новая карта предоставлена мировому научному сообществу для будущих исследований.
Схема мозга также привела к некоторым многообещающим открытиям. Например, они обнаружили нейроны, интегрирующие разные типы информации, а также нейроны, называемые диффузорами, которые координируют активность нейронных цепей. Нейроны, участвующие в движении, расположены в основании мозга, а нейроны, отвечающие за зрение, — по бокам мозга. Использование искусственного интеллекта также привело к лучшему пониманию роли нейротрансмиттеров в усилении или подавлении нейронных сообщений. Подробности проекта Flywire опубликованы в девяти статьях журнала .
Исследователи говорят, что коннектом дрозофилы послужит трамплином для картирования более сложного мозга, особенно человеческого мозга, который имеет 86 миллиардов нейронов и 10 триллионов синапсов.
На данный момент картографирован только один кубический миллиметр человеческого мозга. Следующим шагом консорциума Flywire станет всестороннее картирование мозга мыши. Этот проект в настоящее время реализуется и, как ожидается, будет завершен в течение пяти-десяти лет. Джон Нгай, директор программы NIH Brain, заключил: «Задача расшифровки мозга остается сложной.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Недавно было завершено первое полное картирование нейронов и синаптических связей плодовой мухи.