Создана полная карта мозга взрослой мухи — отображен каждый нейрон
Картирование всего мозга мухи - это шаг к пониманию болезней человеческого мозга
При многих, очень серьезных заболеваниях головного мозга — деменции, болезни Паркинсона, Альцгеймера и других — врачи могут лечить только симптомы. Медицинская наука до сих пор не имеет лекарства.
Почему? Потому что трудно вылечить то, чего мы не понимаем, а человеческий мозг с его миллиардами нейронов, соединенных сотней триллионов синапсов, почти безнадежно сложен.
Теперь команда ученых FlyWire сделала огромный шаг к пониманию человеческого мозга, построив дорожную карту, нейрон за нейроном и синапс за синапсом — говоря научным языком, «коннектом» — мозга взрослой плодовой мушки (Drosophila melanogaster).
Консорциум FlyWire состоит из членов из более чем 146 лабораторий в 122 учреждениях, основной вклад вносят команды исследователей из Кембриджского университета и Университета Вермонта.
Ранее исследователи составили карту мозга червя C. elegans с его 302 нейронами и мозга личинки плодовой мушки, у которой было 3000 нейронов, но взрослая плодовая мушка на несколько порядков сложнее, с почти 140 000 нейронов и десятками миллионов синапсов, соединяющих их.
«Мухи могут делать всевозможные сложные вещи, такие как ходить, летать, ориентироваться, а самцы поют самкам», — объясняет молекулярный биолог Грегори Джефферис из Кембриджского университета.
«Схемы мозга — это первый шаг к пониманию всего, что нас интересует — как мы управляем своим движением, отвечаем на телефонные звонки или узнаем друзей».
Для создания карты потребовалось более 7000 срезов мозга самки плодовой мушки и 21 миллион изображений.
Программа искусственного интеллекта, созданная в Принстонском университете, сыграла важную роль в анализе данных. В настоящее время результаты собраны в 9 связанных статьях с пересекающимися группами авторов.
- Плодовые мушки разделяют 60% человеческой ДНК, включая гены обучения, синдрома Дауна и смены часовых поясов.
- 3 из 4 генетических заболеваний человека имеют параллель у плодовых мушек.
- Исследования плодовых мушек принесли шесть Нобелевских премий.
- Мозг плодовой мушки решает многие из тех же проблем, что и мы, в том числе выясняет, как перемещаться из точки А в точку Б, обнаруживает запахи в природе и определяет, в каком направлении объекты движутся в окружающей среде.
Чтобы исправить компьютерные ошибки, был создан краудсорсинговый проект, в рамках которого исследователи и добровольцы со всего мира могли вычитывать имена и функции, присвоенные нейронам. Одному человеку потребовалось бы 33 года, работая полный рабочий день, чтобы сделать все 3 миллиона ручных правок.
Из всех 8453 известных и названных типов клеток на диаграмме, охватывающих 96 процентов всех нейронов, более 4500 являются новыми для науки.
«Точно так же, как вы не захотите ехать в новое место без Google Maps, вы не захотите исследовать мозг без карты», — объясняет нейробиолог Свен Доркенвальд. «Что мы сделали, так это создали атлас мозга и добавили аннотации для всех предприятий, зданий, названий улиц. Благодаря этому исследователи теперь оснащены для вдумчивой навигации по мозгу, когда мы пытаемся его понять».
Карта мозга мухи может показаться небольшим достижением по сравнению с человеческим мозгом, который содержит 90 миллиардов нейронов и сотни триллионов связей, но это огромный скачок по сравнению с тем, с чего нейробиологи начинали в 1960-х годах.
Основные выводы опубликованы в журнале Nature.