Вчені вперше розробили мапу нейронних зв’язків у мозку мухи, вони стверджують, що вона стала "величезним кроком" до розуміння і мозку людини.
Вони можуть ходити, ширяти у повітрі, а самці вміють навіть співати пісні про кохання, залицяючись до партнерки, - і все це з мозком, меншим за головку шпильки.
Тепер вчені, які досліджують мозок мухи, вперше визначили положення та зв’язки кожної із 130 000 нейронних структур, що мають 50 мільйонів зв’язків.
Це найдетальніший аналіз мозку дорослої живої істоти, який коли-небудь проводили.
Один провідний нейробіолог описав цей прорив як "величезний стрибок" у розумінні нашого власного мозку.
А один із керівників дослідження заявив, що воно проллє нове світло на "механізм мислення".
Доктор Грегорі Джефферіс з Лабораторії молекулярної біології Ради медичних досліджень у Кембриджі сказав BBC News, що зараз ми не маємо уявлення про те, як мережа нейронів у мозку кожного з нас дозволяє нам взаємодіяти одне з одним та навколишнім світом.
"Які звʼязки вони мають? Як сигнали проходять через систему, яка дозволяє нам обробляти інформацію, щоби розпізнавати обличчя, чути голос і перетворювати слова на сигнали?
"Мапа мозку мухи справді чудова і допоможе нам реально зрозуміти, як працює наш власний мозок".
У нашому мозку в мільйон разів більше нейронів, ніж у плодової мушки, яку вивчали науковці. Отже, як саме мапа звʼязків у мозку комах може допомогти вченим дізнатися, як мислять люди?
Отримані вченими зображення, які опублікували в журналі Nature, показують гарну й складну мережу нейронів.
Її форма та структура пояснює, як такий крихітний орган може виконувати стільки потужних обчислювальних завдань. Розробка комп’ютера розміром із макове зернятко, здатного виконувати всі ці завдання, далеко не під силу сучасній науці.
Доктор Мала Мурті, ще одна співкерівниця проєкту з Принстонського університету, сказала, що мапа, яку розробили вчені, або "конектом", стане проривною для нейробіологів".
"Вона допоможе дослідникам краще зрозуміти, як працює здоровий мозок. А у майбутньому, ми сподіваємося, за допомогою неї також можна буде визначити, що пішло не так".
Цю думку підтримує доктор Люсія Прієто Годоло, керівниця групи з дослідження мозку в Інституті Френсіса Кріка в Лондоні, не повʼязаної проєктом.
"Дослідники завершили створення конектомів простого хробака, який має 300 нейронів, і личинки, яка має лише 3000 нейронів, але повний конектом 130 000 нейронних структур - це дивовижне технічне досягнення, яке прокладає шлях для пошуку конектомів більшого мозку, наприклад, миші, а за кілька десятиліть, можливо, й нашого власного мозку".
Дослідники змогли ідентифікувати окремі схеми для різних функцій мозку й показати, як вони з’єднані.
Наприклад, мережа, яка відповідає за рух, розташована в основі мозку, тоді як нейронні структури які обробляють зір, розташовані по боках.
В цій ділянці задіяно набагато більше нейронів, адже зір вимагає обробки значно більшого обсягу інформації.
Вчені вже знали про окремі мережі, але раніше не розуміли, як вони з’єднані між собою.
Чому муху так важко вбити
Інші дослідники вже використовують ці схеми, щоб з’ясувати, наприклад, чому мух так важко вбити.
Нейронні структури зору визначають напрямок, звідки рухається згорнута газета у вашій руці, і передають сигнал ніжкам мухи.
Але найважливіше те, що вони посилають сильніший сигнал до ніг, спрямованих в інший напрямок від об’єкта неминучої смерті. Тож можна сказати, що муха "відстрибує", не думаючи, тобто її рух швидше за швидкість думки.
Це відкриття може пояснити, чому ми, незграбні люди, зазвичай так невдало полюємо на мух.
Мапу нейронних структур розробили, розрізавши мозок мухи на 7000 тонких смужок, поєднавши дані їхніх зображень за допомогою компʼютера.
Науковці із Принстона вилучили всю інформацію про форму та звʼязки нейронів за допомогою штучного інтелекту. Але штучний інтелект працював неідеально - дослідникам довелося виправити понад три мільйони помилок вручну.
Це саме по собі було технічним проривом, але це лише половина справи. За словами доктора Філіпа Шлегеля, який також працює у лабораторії молекулярної біології Ради медичних досліджень, сама по собі мапа не мала сенсу, якби не було опису того, що робить кожна нейронна структура.
"Ці дані трохи схожі на Google Maps, але для мозку: мапа структур нейронів нагадує мережу вулиць та будівель".
"Описувати нейрони - це наче додавати на мапу назви вулиць і міст, години роботи закладів, номери телефонів, відгуки і так далі. Вам потрібно і те, і інше, щоб мапа дійсно була корисною".
Конектом мухи тепер доступний кожному вченому, який захоче використати його для свого дослідження.
Доктор Шлегель вважає, що завдяки цій новій мапі світ нейронауки побачить "лавину відкриттів у наступні пару років".
Людський мозок набагато більший за мозок мухи, і ми ще не маємо технології, щоб отримати всю інформацію про його структуру.
Але дослідники вважають, що людський конектом може зʼявитися через 30 років. Кажуть, мозок мухи - це початок нового, глибшого розуміння того, як працює наш власний розум.
Дослідження провела велика міжнародна спільнота вчених під назвою FlyWire Consortium.
Паллаб Гош, Науковий кореспондент BBC
