Пълна карта на мозъчната свързаност на плодовите мушици дава представа за човешкия мозък: моментни снимки

Това, което изглежда като създание с глава на карфица отдясно, всъщност е ларвна версия на плодовата мушица отляво. Учените казват, че и двамата имат забележително сложен мозък, с различни региони, посветени на вземането на решения, ученето и навигацията.

Ед Решке/Гети изображения

Скриване на надпис

Превключване на надпис

Ед Решке/Гети изображения

Това, което изглежда като създание с глава на карфица отдясно, всъщност е ларвна версия на плодовата мушица отляво. Учените казват, че и двамата имат забележително сложен мозък, с различни региони, посветени на вземането на решения, ученето и навигацията.

Ед Решке/Гети изображения

Учени създадоха първата електрическа схема за мозъка на насекомо.

Мозъкът от ларва на плодова мушица има 3016 неврона, свързани с 548 000 синапса, изчисли екипът. споменати Четвъртък в Вестник науки.

Предишните електрически схеми, известни като невронни мрежи, бяха ограничени до червеи и попови лъжички с няколкостотин неврона и няколко хиляди синаптични връзки.

Невронната мрежа на ларвата на плодовата муха е важен напредък, защото е „по-близо в много отношения до човешкия мозък от други“, казва той. Джошуа ФогелщайнАвтор на изследването и доцент по биомедицинско инженерство в университета Джон Хопкинс.

Например „има области, които съответстват на вземането на решения, има области, които съответстват на ученето, и има области, които съответстват на мобилността“, казва Фогелщайн.

Но предизвикателствата, пред които са изправени учените при създаването на невронната мрежа на ларва на плодова муха, показват колко далеч тепърва трябва да разрезят, за да картографират човешкия мозък, който съдържа повече от 80 милиарда неврони и стотици трилиони синапси.

„Мозъкът е физическото нещо, което ни прави това, което сме.“

Изследователите са се фокусирали върху невронните мрежи, защото мозъкът е много повече от съвкупност от неврони.

„Мозъкът е физическото нещо, което ни прави това, което сме“, казва Фогелщайн. „За да разберете напълно това нещо, трябва да знаете как е свързано.

Пълното картографиране на човешката невронна мрежа все още е след много години. Междувременно изследователите се надяват, че новата карта на окабеляването на плодовите мушици ще предостави улики за това как всички мозъци например учат, запомнят и контролират поведението на животните.

Мозъкът на ларвата на плодовата муха, подобно на човешкия мозък, има както дясна, така и лява страна. Но когато изследователите картографираха връзките в мозъка на насекомото, „една изненада [was] Колко сходни са лявата и дясната страна“, казва Фогелщайн.

При хората дясната и лявата страна на мозъка могат да имат много различно окабеляване. Кръговете, участващи в речта, обикновено са отляво, например, докато кръговете, които разпознават лица, обикновено са отдясно.

„забележителна първа препратка“

Новата карта ще помогне на учените да проучат начините, по които ученето променя мозъка, как мозъчната връзка варира в зависимост от пола и как връзката се променя, докато животното расте.

„Това е първата справка, която можем да използваме, за да сравним всичко останало“, казва Фогелщайн.

Тази пълна карта на невронните връзки отне на голям екип повече от десетилетие, за да завърши, и включваше старателна наука.

Екипът започна с рязане на мозък, малък като зърно сол, на хиляди много тънки участъци.

„Изобщо не го прецаквате, защото ако направите една грешка, всъщност трябва да изхвърлите целия мозък и да започнете отначало“, казва Фогелщайн.

Екипът използва електронен микроскоп, за да направи снимка на всеки срез. Проследяването на връзки от един неврон към друг изисква мощни компютри и специализирани изчислителни инструменти.

Фогелщайн обяснява, че тези инструменти са достатъчни за проследяване на милионите връзки, но не са достатъчни за трилионите връзки, които съществуват в човешкия мозък.

Така че изследователи от института Алън в Сиатъл работят върху следваща, по-лесна цел: картографиране на невронната мрежа на мишката. И дори това е голямо предизвикателство, казва той Нуно Макарико да Костанаучен сътрудник в института Алън в Сиатъл, който не е участвал в изследването на ларвите на плодовата муха.

„Започнахме, като се опитахме да картографираме свързаността на кубичен милиметър кортекс на мишка, който е нещо като песъчинка, но има милиард връзки – 100 000 неврона и 4 километра кабел“, казва Да Коста.

Отне му само 12 дни, за да нареже това малко кубче, което е около пет стотни от пълния мозък на мишка, казва той.

Въпреки че е трудно, картографирането на по-сложни мозъци си струва усилията, казва да Коста, защото в крайна сметка може да помогне на учените да разберат как човешкият мозък е засегнат от разстройства като шизофрения.

„Ако вашето радио се повреди, ако някой има електрическа схема за вашето радио, той ще бъде в по-добра позиция да го поправи“, казва Да Коста.

Човешката невронна мрежа също ще помогне на учените да отговорят на някои фундаментални въпроси, като например как се учим и защо действаме така, както го правим, казва той.

„Всяка мисъл, всеки спомен, всяко движение, всяко решение, което вземате, идва от активността на невроните в мозъка ви“, казва Да Коста. „Тази дейност е израз на тази структура.“