Вторник 01 июля 2025 года

 

Вы здесь:  Главная» Все новости» Наука» Представлена полная карта мозговых цепей плодовой мушки


Представлена полная карта мозговых цепей плодовой мушки

Среда, 02 Октября 2024 20:11

Каким образом электрические импульсы, перемещающиеся по сплетению нейронов, управляют сложным поведением? Исследователи, ищущие ответ, реконструировали полную схему электропроводки, или коннектом, мозга взрослой плодовой мушки — подвиг, сродни картированию всех зданий, проспектов и улиц в сложном городе. 

 

Всеобъемлющая карта продвинет исследования нейронной активности, лежащей в основе фундаментальных процессов, таких как ходьба и зрение у Drosophila melanogaster , вида насекомых, широко используемых в качестве модельного организма. Нейробиологи приветствуют это достижение, опубликованное в пакете из девяти статей в Nature, как веху, которая подтолкнет другие, более амбициозные проекты по коннектому у данио-рерио, мышей и даже людей.

 

Когда ученые завершают коннектом животного — подвиг, впервые достигнутый для нематоды Caenorhabditis elegans десятилетия назад — «внезапно уровень понимания оказывается намного дальше всего, что было раньше», — говорит Альберт Кардона, нейробиолог из Лаборатории молекулярной биологии Медицинского исследовательского совета, который не принимал участия в проекте. «Существует коннектом до и после — BC и AC», — говорит он, ссылаясь на известную цитату теоретика-нейробиолога Колумбийского университета Ларри Эбботта. Кардона говорит, что теперь исследователи наконец могут понять, как работают у мухи такие базовые функции, как зрение и обоняние, а также исследовать более сложные формы поведения, такие как навигация и принятие решений. «Это конец начала» для нейробиологов, изучающих мух, говорит он.

 

С момента публикации 302-нейронного коннектома C. elegans в 1986 году исследователи создали частичные коннектомы для мозга мухи, мыши и человека. Кардона и его команда опубликовали коннектом личинки D. melanogaster в прошлом году. Но это первый полный коннектом взрослого организма за десятилетия.

 

Работа началась в 2018 году, когда исследователи из исследовательского кампуса Janelia Медицинского института Говарда Хьюза получили изображение мозга самки мухи с нанометровым разрешением с помощью электронной микроскопии и сделали его общедоступным. Нейробиолог, изучающий мух, Мала Мурти и вычислительный нейробиолог Себастьян Сен из Принстонского института нейронауки придумали использовать эти изображения для идентификации и картирования связей между каждым видимым нейроном, создавая коннектом. «Но это казалось действительно нелепым», — говорит Мурти. «Это был просто слишком большой продукт. Никто не делал карту в таком масштабе».

 

Вид искусственного интеллекта (ИИ), известный как машинное обучение, может помочь превратить данные визуализации в 3D-реконструкции каждого нейрона и его синапсов, связей с другими нейронами. Но алгоритмы, на которых он работает, допускают ошибки, поэтому реконструкции необходимо исправлять вручную. Чтобы достичь этого подвига, Мурти и Сын сформировали консорциум FlyWire , группу лабораторий, в основном в Соединенных Штатах и Европе, частично финансируемую инициативой BRAIN (Исследования мозга через продвижение инновационных нейротехнологий) Национального института здравоохранения США. В 2022 году они создали онлайн-платформу, чтобы позволить сотням добровольцев-неспециалистов вручную проверять реконструкции и классифицировать каждый нейрон. По оценкам группы, на эту задачу у одного человека ушло бы 33 года работы в одиночку. «Такого рода обмен данными ... беспрецедентен», — говорит Мурти.

 

Окончательная карта отображает 149 метров проводов, упакованных в мозг размером с песчинку . Она также включает 54,5 миллиона синапсов среди примерно 140 000 нейронов, которые команда классифицировала в более чем 8400 типов , многие из которых были недавно идентифицированы.

 

«Это достижение не просто замечательное, оно выдающееся», — говорит Мориц Хельмштедтер, нейробиолог из Института исследований мозга Макса Планка, который не принимал участия в проекте. Полнота коннектома, добавляет он, имеет ключевое значение: исследователи, которые обнаруживают интересное поведение в экспериментах с мухами, теперь могут обратиться к коннектому за его основой. «Вокруг этого есть забор», — говорит он о наборе данных, «и нет объяснения возможностей соединения за пределами этого сада прекрасных нейронов».

 

В других статьях пакета исследователи дают представление о том, как коннектом мухи может быть использован для ответа на исследовательские вопросы. Например, одна группа смогла определить две различные нейронные цепи, которые муха использует для остановки ходьбы в различных контекстах — когда она останавливается во время еды и когда она останавливается, чтобы привести себя в порядок. Другая группа использовала данные для создания вычислительной модели, которая правильно предсказывала, какие нейроны чувствуют сахар или воду . В третьем исследовании Сен предсказал, какие нейроны являются частью цепи, важной для зрения, на основе проводки зрительной доли мухи.

 

Поскольку FlyWire сделал данные проекта общедоступными с самого начала, коннектом уже использовался в более чем 50 публикациях. «Иногда, когда вы делаете что-то в науке, никто не обращает внимания. Но иногда люди не только обращают внимание — они фактически используют это для своих собственных исследований, и они благодарны», — говорит Сен. «Это очень приятное чувство».

 

Этот ресурс стал преобразующим для нейробиолога из Университета Эмори Аниты Девинени, которая написала комментарий к новым статьям в Nature и чья команда использовала коннектом для анализа вкусовых цепей мух. «Десятилетиями мы не знали, что такое вкусовые нейроны в мозге», — говорит она, «И вот, внезапно, за короткий промежуток времени… вы можете это понять». 

 

Теперь исследователи могут сравнить этот снимок мозга взрослой мухи с коннектомом личинки, чтобы ответить на вопросы о том, что меняется во время развития нервной системы. А чтобы изучить половые различия, Мурти и другие работают над реконструкцией коннектома мозга самца мухи, а также над еще более полным коннектомом, который включает нервную цепь мухи.

 

Исследователи предсказывают, что технология, разработанная для FlyWire, в частности, интеграция ИИ с краудсорсингом для корректуры, поможет ускорить подобные проекты. Ожидается, что коннектом данио-рерио будет завершен в ближайшие несколько лет. А Хельмштедтер предсказывает, что мозг мыши и человека (примерно в 500 и 600 000 раз больше нейронов, чем у мухи) может появиться после этого: «В следующем десятилетии мы увидим колоссальный прогресс и, возможно, первый полный коннектом мозга млекопитающего».

 
 

 
Николаева Мария Опубликовано в Наука   Теги Новости
Читайте также
Под Эфиопией зафиксированы странные подземные импульсы: чем грозят Под Эфиопией зафиксированы странные подземные импульсы: чем грозят Геологами из Британии проведены изыскания, указывающие на ритмичную пульсацию расплавленного гранита и иных пород под рифтовым регионом Афар, что в Эфиопии. Восходящий поток из глубин мантии, на который оказывают давление…
Древнейшие мегалитические постройки датированы с беспрецедентной точностью Древнейшие мегалитические постройки датированы с беспрецедентной точностью Новые исследования показывают, что ряды Карнака в Бретани могут быть древнейшими мегалитическими памятниками Европы, отодвигая хронологию строительства неолитических памятников на столетия назад. Таинственные каменные ряды в Карнаке, Бретань, долгое время…
Новая линия консервов из Саратова поможет восполнить дефицит белка Новая линия консервов из Саратова поможет восполнить дефицит белка В Саратове разработана инновационная линейка мясосодержащих консервов, обогащённых растительными компонентами и витаминами, сообщает ТАСС со ссылкой на пресс-службу Саратовского государственного университета генетики, биотехнологии и инженерии имени Вавилова. Новинка ориентирована на…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над территорией России сбили 15 украинских БПЛА МО: за ночь над территорией России сбили 15 украинских БПЛА Силы ПВО за ночь сбили 15 украинских беспилотников над Курской областью и Азовским морем. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение прошедшей ночи 30 июня дежурными средствами ПВО уничтожены…
В Волгограде пресекли деятельность экстремистского сообщества, куда входили подростки В Волгограде пресекли деятельность экстремистского сообщества, куда входили подростки Деятельность экстремистского сообщества, в которое входили четыре подростка, пресечена в Волгоградской области, организатор арестован. Возбуждено уголовное дело, сообщила пресс-служба следственного управления СК РФ по Волгоградской области. "Первым отделом по расследованию…
КГБ Белоруссии разоблачил группу, планировавшую атаковать стратегические объекты КГБ Белоруссии разоблачил группу, планировавшую атаковать стратегические объекты КГБ Белоруссии предотвратил взрывы на стратегических объектах страны, передает ОНТ. "Комитет госбезопасности провел многоходовую спецоперация под названием "Гарпун". В итоге удалось вытащить из-за рубежа организатора группы, которая готовила ударные дроны,…
Тема дня
«Мумия» затягивает страну в непредсказуемое прошлое «Мумия» затягивает страну в непредсказуемое прошлое

Если сегодня мы утверждаем, что октябрь 1917 года просто разрушил великую православную империю, а не...

Фото
В Швейцарии создан «Ноев ковчег» для микробов В Швейцарии создан «Ноев ковчег» для микробов

В активную фазу вошла глобальная инициатива по формированию микробного «Ноева ковчега». Она направле...

Опрос

Какое время продлится напряженность в отношениях между Россией и Азербайджаном?

 

Анекдот дня

Когда телефон был привязан к стене, люди были свободны...

Еще »

Этот сайт использует файлы «cookie» с целью повышения удобства его использования. Во время посещения сайта вы соглашаетесь с тем, что мы обрабатываем ваши персональные данные с использованием сервиса «Яндекс. Метрика». Продолжая использовать сайт, вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности.

КАК ЗАРАБОТАТЬ НА ИИ ЕСЛИ ТЫ НЕ ПРОГРАММИСТ?
ПРОФЕССИИ, КОТОРЫЕ ВЫМРУТ ЧЕРЕЗ 5 ЛЕТ И ЧТО С ЭТИМ ДЕЛАТЬ?
Интересные материалы
МЫ ВКОНТАКТЕ

Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций

(Роскомнадзор). Реестровая запись от 07.06.2022 серия ЭЛ № ФС 77 – 83392. При использовании, полном или частичном

цитировании материалов planet-today.ru активная гиперссылка обязательна. Мнения и взгляды авторов не всегда совпадают с

точкой зрения редакции. На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии

предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей

сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)".