Нейробиологи составили первую в мире карту мозга насекомого

0 721

Ученые стали на один шаг ближе к пониманию сознания, представив первую в мире полную карту мозга детеныша плодовой мушки с высоким разрешением. Это самый сложный и запутанный коннектом мозга любого животного, который когда-либо создавался, и он прокладывает путь к революционному рубежу развития искусственного интеллекта и нейронауки.

Новая карта является кульминацией работы ученых из Кембриджского университета и Университета Джона Хопкинса, и на сегодняшний день это только четвертый полный коннектом (коннектом — это полное описание структуры связей мозга).

Ранее были нанесены на карту гораздо более простые коннектомы микроскопической аскариды Caenorhabditis elegans, личинки асцидии Ciona intestinalis и морского червя Platynereis dumerilii, но они имели не более нескольких сотен нейронов и несколько тысяч синапсов (соединений). А раньше коннектомы плодовых мушек были лишь частичными изображениями.

Теперь изображение полного коннектома личинки плодовой мушки Drosophilia melanogaster с высоким разрешением показывает 3016 нейронов и 548 000 связей между ними.

Ученые давно стремились составить полную карту мозга насекомого, которое во многом схоже с человеком в фундаментальной биологии.

Коннектом мозга личинки дрозофилы. Морфология всех нейронов головного мозга и матрица синаптических связей всего мозга. Эта информация о связях использовалась для иерархической группировки всего мозга в 93 типа нейронов, которые были внутренне согласованы на основе морфологии и известной функции.

На эту знаменательную работу ушло 12 лет, а сложные процессы, связанные с ней, поражают воображение. Во-первых, команда использовала электронную микроскопию, чтобы визуально разрезать мозг шестичасовой личинки плодовой мухи размером с крупинку соли не на несколько частей, а на тысячи.

В то время как электронный микроскоп зафиксировал изображение каждого среза, одно только изображение по-прежнему занимало день для каждого из 3016 нейронов.

Совместное исследование ученых в различных областях, включая нейронауку, микробиологию и информатику, привело к созданию полностью реализованной карты мозга в высоком разрешении.

Изображение показывает каждый нейрон и связь и предлагает захватывающую информацию об обработке мыслей и поведении, например, о том, как самые загруженные цепи ведут к учебному центру мозга и от него.

Плодовые мушки имеют сложное поведение при обучении и принятии решений, и они являются одними из наиболее изученных животных в исследованиях неврологии. Более того, на карте были обнаружены особенности схемы, напоминающие архитектуры машинного обучения, которые могут даже помочь создать новый искусственный интеллект.

«То, что мы узнали о коде плодовых мушек, повлияет на код человека», — говорят ученые. «Вот что мы хотим понять — как написать программу, которая ведет к сети человеческого мозга».

Ученые в настоящее время работают над картированием мозга взрослой плодовой мухи, стремясь сравнить изменения в развитии.

Кроме того, исследования по картированию мозга мышей продолжаются и могут быть реализованы в течение десятилетия. Но это еще более монументальная задача, поскольку ее размер оценивается в миллион раз больше, чем у личинки плодовой мухи.

Современные вычислительные инструменты могут отслеживать миллионы нервных путей, но не триллионы, которыми, как считается, обладает человеческий мозг. Поэтому в скором времени мы вряд ли увидим полный человеческий коннектом, который, вероятно, наметит ключи к нашему сложному сознанию.

Исследование было опубликовано в журнале Science.

Источник Science Johns Hopkins University
Дополнительные материалы:
Подписаться
Уведомление о
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии