50 миллионов связей нанесены на карту головного мозга плодовой мушки

Ученые совершили настоящий прорыв в области исследований, впервые создав полную карту мозга взрослой плодовой мушки. Эта карта охватывает все 139 255 нейронов и 50 миллионов связей, что представляет собой колоссальный объем информации.

Мозг плодовой мушки по структуре похож на мозг человека

Исследование, опубликованное в журнале Nature, было проведено международной командой из 287 специалистов, которые обработали более 100 терабайт данных. Эта работа имеет огромное значение для понимания работы мозга, поскольку структуры мозга насекомых и людей на уровне межнейронных связей весьма схожи.

Несмотря на некоторые различия все же существует аналогичная структура — грушевидная кора. Эти сходства могут быть объяснены конвергентной эволюцией. В обоих мозгах нейроны генерируют потенциалы действия и используют общие нейромедиаторы, создавая сложную сеть реципрокных связей.

Вопрос об организации нейронных сетей для обработки и запоминания информации может иметь общие основы для разных видов. Мозг взрослой мухи представляет собой интересный объект для изучения из-за своей простоты и поведенческих возможностей. Нейроны в мозге мухи значительно меньше человеческих: в среднем их длина составляет 0,6 миллиметра, они имеют 270 входов и 500 выходов. Однако их синапсы многосторонние, что позволяет устанавливать больше связей.

Дофамин необходим мухам так же, как и человеку

Человеческие нейроны крупнее и могут простираться на большие расстояния. С точки зрения нейрохимии, мухи используют те же нейромедиаторы, что и люди (дофамин, ГАМК, ацетилхолин и другие), но их роли различны. Например, глутамат возбуждает человеческий мозг, но тормозит мозг мухи. Однако дофамин играет важную роль в обучении как у мух, так и у людей.

Мозг дрозофилы меланогастера, который уже более века используется как модель в биологии, демонстрирует архитектурные сходства с мозгом млекопитающих, особенно в схемах обоняния, зрения и навигации. Исследования показывают, что схемы мозга универсальны, и сильные связи обычно присутствуют в обоих мозгах. Это подтверждает гипотезу о жестко запрограммированных нейронах.

Мозг дрозофилы содержит около 10^5 нейронов, тогда как у мыши их около 10^8. Синапсы мух меньше, но могут быть больше в числе при связях «чемпионов». Подробная карта мозга мухи позволяет сравнивать экспериментальные коннектомы, исследовать механизмы обучения и памяти, а также сочетать эти данные с кальциевой визуализацией и электрофизиологией.