Первое полное картирование мозга дрозофилы

Ученые завершили первую в истории полную расшифровку нейронной сети мозга взрослого насекомого. Результат десятилетней работы международного консорциума Flywire — коннектом плодовой мухи дрозофилы — может стать ключом к пониманию механизмов работы человеческого мозга и лечению нейродегенеративных заболеваний. Исследователи не просто создали карту. Они определили точное расположение, форму и связи 139 255 нейронов, а также 50 миллионов синапсов между ними. Для сравнения: предыдущие проекты ограничивались мозгом личинки мухи (3 016 нейронов) или червя-нематоды (302 нейрона). Теперь в распоряжении науки оказалась полноценная «схема» мозга взрослой особи, способной к обучению, запоминанию и даже «пению» для привлечения партнера.

Как создавалась карта мозга

Работа над проектом, объединившим Принстонский университет, Кембридж и Лабораторию молекулярной биологии MRC, началась с физического разрезания мозга дрозофилы (размером с маковое зерно) на 7 000 ультратонких срезов. Каждый срез был сфотографирован с нанометровым разрешением, после чего из 100 терабайт данных собрали трехмерную модель. Анализировать такой объем вручную было невозможно. По оценкам ученых, ручная идентификация всех нейронов заняла бы более 4 000 лет. На помощь пришел искусственный интеллект. Нейросети обучили распознавать нейроны, но их работа требовала постоянной ручной коррекции. С 2019 года к проекту подключилось научное сообщество и добровольцы, которые помогали «вычищать» ошибки алгоритмов.

Первые открытия и нейроны-«диффузоры»

Готовая карта позволила классифицировать более 8 400 различных типов клеток. Ученые обнаружили нейроны, которые объединяют разные типы информации, и особые клетки — «диффузоры», координирующие работу целых нейронных цепей. Выяснилось, что двигательные нейроны расположены в основании мозга, а зрительные — по бокам. Искусственный интеллект помог уточнить, как нейротрансмиттеры усиливают или подавляют сигналы. Этот набор данных сравнивают с Google Maps для мозга. Он уже выложен в открытый доступ для всех исследователей мира. Первое полное картирование мозга взрослого насекомого — это не финал, а стартовая площадка. Предыдущие попытки ограничивались более простыми организмами. Следующая цель консорциума Flywire — мозг мыши. Проект уже запущен, и его обещают завершить в ближайшие 5–10 лет. На данный момент из 86 миллиардов нейронов человеческого мозга на карту нанесен лишь один кубический миллиметр ткани. Задача расшифровки работы мозга остается титанической, но теперь у ученых есть проверенный метод и «дорожная карта» для движения вперед.