Революция в нейронауках: от мух до людей

Международный коллектив ученых под эгидой FlyWire впервые представила карту нейронных связей в мозге фруктовой мухи дрозофилы (Drosophila melanogaster) в журнале Nature. Это исследование открывает новые горизонты в понимании работы мозга и нервной системы не только у мух, но и, потенциально, у людей.

Фото: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Scaptomyza_P1330860a.jpg by xpda

Структура связей в нервной системе называется коннектом. В настоящее время учёные не способны исследовать коннектом человека, поэтому начальные этапы сосредоточены на более простых организмах, таких как круглые черви и личинки оболочников. В 2016 году в Японии была построена модель коннектома одного полушария мозга дрозофилы, а в 2023 году был создан полный картографический обзор всех синаптических связей в мозге личинки.

Для создания полноценного коннектома взрослой мухи ученым понадобились электронно-микроскопические снимки, полученные с помощью передового оборудования и программного обеспечения. Эти снимки обеспечили синаптическое разрешение около 100 теравокселей.

Ученые из Кембриджского и Вермонтского университетов разработали схему всех нейронных связей взрослой самки дрозофилы. Эта схема включает 139 555 нейронов и 54,5 миллиона синапсов. Каждому типу нейронов присвоены биомаркеры, определяющие их морфологию и происхождение из стволовых клеток — нейробластов.

В результате исследования было идентифицировано и иерархически связано 8 453 типа клеток, 4 581 из которых ранее не был известен. Все они распределены по девяти надклассам, включая чувствительные, двигательные, эндокринные и другие типы клеток.

Датасет коннектома доступен для общего пользования на платформе FlyWire. Сопутствующие исследования продолжают углублять эти данные, включая статистический анализ нейронных сетей и выявление нейронов с ключевыми функциями, такими как "интеграторы" и "передатчики". Ожидается, что с публикацией полного коннектома увеличится количество аналогичных исследований.

В 2024 году американские ученые и специалисты Google представили реконструкцию кубического миллиметра человеческого мозга с петавоксельным разрешением, содержащую все структурные и функциональные связи. Этот датасет включает информацию о примерно 57 тысячах клеток и 150 миллионах синапсов, занимая 1,4 петабайта.

фото: Wikimedia Commons

Уточнения

Дрозофи́ла фруктовая дрозофи́ла малая, или дрозофи́ла обыкновенная (Drosophila melanogaster) — двукрылое насекомое, вид плодовой мухи из рода дрозофил, наиболее часто использующийся в генетических экспериментах (во второй половине XX века дрозофила стала одним из основных модельных организмов также для биологии развития).

Нейробласты (др.-греч. blastós — росток, зародыш) — зародышевые нервные клетки, которые в процессе развития превращаются в зрелые нервные клетки — нейроны.

Коннекто́м (англ  connectome /kəˈnɛktoʊm/) — полное описание структуры связей в нервной системе организма.

Петаба́йт (ПБ, Пбайт) — единица измерения количества информации, равная 10¹⁵ (квадриллион) байт.