Показуючи мозок: нейрон за нейроном

Мозок дорослої дрозофіли містить близько 100 тис. нейронів, мозок людини - від 86 до 100 млрд нейронів.

Математик Університету Джонса Хопкінса (Johns Hopkins University) і фахівець з комп'ютерних наук приєдналися до міжнародної команди нейробіологів, щоб створити повну карту центру навчання і пам'яті мозку личинок плодової мухи (дрозофіли), що включає всі міжнейронні зв'язки. Робота стала одним з перших кроків на шляху до відображення принципів роботи мозку ссавців.

У статті, опублікованій в останньому випуску журналу Nature, команда повідомила про складання карти мозку, відомої як «коннектом» (connectome).

Проект виявився важливою віхою на шляху до розуміння принципів формування зв'язків між нейронами в головному мозку ссавців. Частина мозку личинок плодової мухи, використана в дослідженні, приблизно відповідає частині кори головного мозку більш складноорганізованих тварин.

Раніше «ніхто ніколи не робив повного конектома, крім як для мозку круглого хробака з приблизно 300 нейронами», - розповідає Кері Е. Прібе (Carey E. Priebe), професор прикладної математики і статистики в інженерній школі Вітінг (Whiting School of Engineering) Джона Хопкінса.

Частина мозку личинок плодової мухи, нанесеної на карту в ході проекту, включала, приблизно, 1600 з 10 тис. нейронів, що містяться в усьому мозку личинки. Мозок дорослої мухи містить близько 100 тис. нейронів - набагато менше, ніж мозок ссавців, влаштований набагато складніше. Найбільш складною організацією характеризується людський мозок - в ньому від 86 до 100 млрд нейронів.

Під час нового дослідження Прібе і Янгсер Парк (Youngser Park), фахівець з комп'ютерних наук з Центру досліджень зображень Школи Вітінг (Whiting School's Center for Imaging Science), провели статистичний аналіз зв'язків між нейронами, виявлених у мозку личинки плодової мухи нейрофізіологами. Останні використовували у своїй роботі електронну мікроскопію.

Аналіз Прібе і Парку виявив приклади зв'язків між шістьма типами нейронів, які раніше описувалися некоректно або були абсолютно невідомі. Завдання приблизно аналогічне з'ясуванню відносин між усіма частинами складної електричної мережі.

У новому дослідженні основна увага приділялася структурним зв'язкам. Питання, як зв'язки корелюють з конкретною поведінкою, автори розбирати не стали: він був розглянутий у дослідженні, над яким Прибе і Парк працювали в минулому. Його результати були опубліковані три роки тому в журналі Science. Тоді вчені визначили 29 окремих типів поведінки личинок плодової мухи, включаючи повзання вперед і назад, можливість згинатися і відвертатися від конкретних запахів. Два дослідники з Університету Джонса Хопкінса потім відобразили нейрони, що запускають ці дії.

Прибе також зауважив, що, хоча і не очікує повного завершення вивчення структури синапсів людського мозку за свого життя, вважає, що нове дослідження наближає цей момент.