Ученые представили коннектом зрительной системы плодовой мушки
Ученые из Janelia Research Campus и их коллабораторы достигли нового рубежа в коннектомике, опубликовав полную схему нейронных связей зрительной системы плодовой мушки (Drosophila melanogaster). Работа размещена на препринт-сервере bioRxiv.
Коннектом оптической доли представляет собой карту более 50 000 нейронов, формирующих зрительную систему мушки. Это наиболее полная на сегодняшний день картина одной из самых интригующих и важных частей нервной системы.
Как и у людей, зрение для мушек критически важно для выживания. Оптические доли, составляющие половину мозга насекомого и связанные с глазами, принимают и обрабатывают визуальную информацию. Они позволяют мушке увидеть приближающегося хищника, полететь к спелому банану или направиться к потенциальному партнеру.
Десятилетиями ученые фрагментарно картировали небольшие участки оптической доли. Эти усилия давали представление лишь об отдельных областях, оставляя вопрос о том, как вся система работает как единое целое, открытым для спекуляций.
Теперь коннектом оптической доли предоставляет полную карту тысяч клеток и миллионов связей между ними. Эти данные позволяют ученым ответить на множество ранее неразрешимых вопросов и порождают десятки новых.
Понимание принципов работы зрительной системы мушки может расширить знания об основных принципах зрения и помочь в изучении более сложных систем, например, человеческой.
"Если у вас есть только кусочки, вы упускаете общую картину, в прямом смысле слова. Идея здесь — предоставить полную зрительную систему", — говорит старший руководитель группы в Janelia Майкл Райзер. — "Сейчас нет ни одного эксперимента, который дал бы нам ответ быстрее, чем коннектомный анализ".
Коннектом оптической доли — часть более масштабного проекта Janelia FlyEM Project Team по картированию всей нервной системы плодовой мушки. В завершенном виде он будет включать новую оптическую долю вместе с остальным мозгом и вентральным нервным тяжом.
Хотя исследователи уже картировали некоторые части по отдельности (например, hemibrain в 2020 году и нервный тяж в прошлом году), готовящийся коннектом станет первой картой всей нервной системы одной мушки. Оптическая доля — это "большая верхушка этого айсберга".
"Это очень особенный мозг, потому что, вероятно, ни у кого на планете — и уж точно ни у кого в Janelia — не получалось отобразить всю нервную систему, включающую головной мозг и вентральный нервный тяж в одном объеме, с качеством, достаточным для их соединения", — отмечает Стюарт Берг, научный сотрудник проекта FlyEM.
Проект стал возможен благодаря отработанной командой FlyEM методологии создания высококачественных коннектомов. Процесс включает:
- Сканирующую электронную микроскопию с фокусированным ионным пучком для получения изображений.
- Мощные компьютеры и алгоритмы для сбора и анализа данных.
- Команду экспертов для проверки и маркировки нейронов и их связей.
Картирование всей нервной системы одной мушки позволит увидеть связи между всеми частями, которые совместно обеспечивают поведение насекомого. Это даст беспрецедентное понимание работы мозга мушки и потенциальное представление о функционировании человеческого мозга.
"Мы раз за разом убеждаемся, что есть огромная ценность в создании сверхкачественных наборов данных, которые сами по себе не отвечают на конкретный вопрос, но могут помочь ответить на тысячу вопросов", — заключает Райзер.