- 27,586
- 46
- 8 Ноя 2022
Биологи построили первую полную карту нервной системы мухи.
Плодовая мушка весит почти ничего, но умеет летать, ходить, учиться, искать путь, реагировать на запахи и быстро менять поведение. Теперь у учёных появилась самая подробная схема, которая показывает, как крошечная нервная система управляет такими действиями. Международная группа под руководством лабораторий Гарвардской медицинской школы и Принстонского университета впервые опубликовала в журнале <em>Nature</em> полный коннектом центральной нервной системы взрослой дрозофилы.
Коннектомом называют карту соединений между нейронами. Новая работа показывает связи на уровне синапсов, то есть точек, через которые нервные клетки передают сигналы друг другу. Благодаря такой карте исследователи могут проследить путь информации от органов чувств к движению и понять, как мозг связан с телом во время сложного поведения.
Раньше консорциум FlyWire уже подготовил полный коннектом мозга плодовой мушки . Новая работа добавила к нему нервный тяж, который у дрозофилы выполняет роль аналога спинного мозга. Нервный тяж управляет ногами, крыльями, ротовым аппаратом и другими частями тела, а также обрабатывает сенсорные сигналы.
Без связи между мозгом и нервным тяжом учёные видели только часть общей схемы. Поведение рождается не в отдельном центре, а в работе всей центральной нервной системы. Поэтому новая карта даёт возможность изучать дрозофилу как цельный организм, где мозг получает обратную связь от тела и управляет движениями через множество распределённых цепей.
Дрозофила стала удобной моделью для такой работы. Насекомых легко разводить в лаборатории, а нервная система содержит около 160 тысяч нейронов. При сравнительно небольшом размере плодовая мушка демонстрирует навигацию, социальное взаимодействие, обучение и реакцию на внешние сигналы. Учёные также могут включать, подавлять и записывать активность отдельных нейронов или целых групп клеток с помощью развитых генетических инструментов.
Для создания карты команда подготовила тысячи тонких последовательных срезов одного насекомого и изучила материал с помощью электронной микроскопии. После этого исследователи получили миллионы изображений нейронов и связей между ними. Инструменты искусственного интеллекта помогли выровнять снимки и собрать разрозненные изображения в цельную трёхмерную модель.
Набор данных получил название BANC , то есть brain and nerve cord. Карта не охватывает всё тело мушки целиком, но команда смогла связать нейроны центральной нервной системы со многими конечностями и органами чувств. Для этого учёные использовали узнаваемые нервные клетки и данные из научной литературы.
Анализ карты привёл к важному выводу. Многие действия дрозофилы контролирует не единый командный центр в мозге, а локальные нервные цепи в нужных частях тела. Движение ноги в основном задают цепи, связанные именно с этой ногой. Затем локальные контуры обмениваются сигналами с цепями других ног, чтобы насекомое могло согласованно идти.
Похожий принцип исследователи увидели в управлении крыльями, ротовым аппаратом и другими частями тела. Моторные цепи также взаимодействуют со зрительной и эндокринной системами. За счёт таких связей движение зависит не только от команды на сокращение мышц, но и от зрительных сигналов, внутреннего состояния организма и сенсорной обратной связи.
Авторы считают, что поведение складывается из работы множества локальных модулей. Эти модули соединяются друг с другом по-разному в зависимости от задачи. Такой принцип отличается от старого представления, где мозг выступает главным централизованным контроллером и просто отдаёт команды телу.
Полный коннектом уже доступен онлайн . Другие лаборатории смогут использовать карту для проверки гипотез о движении, восприятии, памяти, координации и работе нервной системы. Авторы сравнивают новый ресурс с проектом по расшифровке генома человека, потому что подробная карта связей может пригодиться в самых разных исследованиях.
В ближайших планах команды - добавить сведения о нейропептидах . Нейропептиды представляют собой небольшие молекулы, похожие на белки. Нейроны используют такие молекулы для обмена сигналами, а влияние нейропептидов может менять работу целых нервных цепей.
Исследователи также хотят понять, встречается ли распределённое управление движением у других животных. Один из авторов работы, нейробиолог Вэй-Чунг Аллен Ли, уже изучает похожий вопрос на мышах. Если похожие принципы найдутся у млекопитающих, коннектом дрозофилы поможет лучше понять общую логику работы нервной системы.
Работа может пригодиться и разработчикам искусственного интеллекта. Плодовая мушка выполняет множество задач, с которыми пока плохо справляются лучшие роботы и виртуальные агенты. Подробная карта живой нервной системы может подсказать новые подходы к созданию ИИ-систем, которые ориентируются в пространстве, принимают решения и учатся через взаимодействие с окружающей средой.
Плодовая мушка весит почти ничего, но умеет летать, ходить, учиться, искать путь, реагировать на запахи и быстро менять поведение. Теперь у учёных появилась самая подробная схема, которая показывает, как крошечная нервная система управляет такими действиями. Международная группа под руководством лабораторий Гарвардской медицинской школы и Принстонского университета впервые опубликовала в журнале <em>Nature</em> полный коннектом центральной нервной системы взрослой дрозофилы.
Коннектомом называют карту соединений между нейронами. Новая работа показывает связи на уровне синапсов, то есть точек, через которые нервные клетки передают сигналы друг другу. Благодаря такой карте исследователи могут проследить путь информации от органов чувств к движению и понять, как мозг связан с телом во время сложного поведения.
Раньше консорциум FlyWire уже подготовил полный коннектом мозга плодовой мушки . Новая работа добавила к нему нервный тяж, который у дрозофилы выполняет роль аналога спинного мозга. Нервный тяж управляет ногами, крыльями, ротовым аппаратом и другими частями тела, а также обрабатывает сенсорные сигналы.
Без связи между мозгом и нервным тяжом учёные видели только часть общей схемы. Поведение рождается не в отдельном центре, а в работе всей центральной нервной системы. Поэтому новая карта даёт возможность изучать дрозофилу как цельный организм, где мозг получает обратную связь от тела и управляет движениями через множество распределённых цепей.
Дрозофила стала удобной моделью для такой работы. Насекомых легко разводить в лаборатории, а нервная система содержит около 160 тысяч нейронов. При сравнительно небольшом размере плодовая мушка демонстрирует навигацию, социальное взаимодействие, обучение и реакцию на внешние сигналы. Учёные также могут включать, подавлять и записывать активность отдельных нейронов или целых групп клеток с помощью развитых генетических инструментов.
Для создания карты команда подготовила тысячи тонких последовательных срезов одного насекомого и изучила материал с помощью электронной микроскопии. После этого исследователи получили миллионы изображений нейронов и связей между ними. Инструменты искусственного интеллекта помогли выровнять снимки и собрать разрозненные изображения в цельную трёхмерную модель.
Набор данных получил название BANC , то есть brain and nerve cord. Карта не охватывает всё тело мушки целиком, но команда смогла связать нейроны центральной нервной системы со многими конечностями и органами чувств. Для этого учёные использовали узнаваемые нервные клетки и данные из научной литературы.
Анализ карты привёл к важному выводу. Многие действия дрозофилы контролирует не единый командный центр в мозге, а локальные нервные цепи в нужных частях тела. Движение ноги в основном задают цепи, связанные именно с этой ногой. Затем локальные контуры обмениваются сигналами с цепями других ног, чтобы насекомое могло согласованно идти.
Похожий принцип исследователи увидели в управлении крыльями, ротовым аппаратом и другими частями тела. Моторные цепи также взаимодействуют со зрительной и эндокринной системами. За счёт таких связей движение зависит не только от команды на сокращение мышц, но и от зрительных сигналов, внутреннего состояния организма и сенсорной обратной связи.
Авторы считают, что поведение складывается из работы множества локальных модулей. Эти модули соединяются друг с другом по-разному в зависимости от задачи. Такой принцип отличается от старого представления, где мозг выступает главным централизованным контроллером и просто отдаёт команды телу.
Полный коннектом уже доступен онлайн . Другие лаборатории смогут использовать карту для проверки гипотез о движении, восприятии, памяти, координации и работе нервной системы. Авторы сравнивают новый ресурс с проектом по расшифровке генома человека, потому что подробная карта связей может пригодиться в самых разных исследованиях.
В ближайших планах команды - добавить сведения о нейропептидах . Нейропептиды представляют собой небольшие молекулы, похожие на белки. Нейроны используют такие молекулы для обмена сигналами, а влияние нейропептидов может менять работу целых нервных цепей.
Исследователи также хотят понять, встречается ли распределённое управление движением у других животных. Один из авторов работы, нейробиолог Вэй-Чунг Аллен Ли, уже изучает похожий вопрос на мышах. Если похожие принципы найдутся у млекопитающих, коннектом дрозофилы поможет лучше понять общую логику работы нервной системы.
Работа может пригодиться и разработчикам искусственного интеллекта. Плодовая мушка выполняет множество задач, с которыми пока плохо справляются лучшие роботы и виртуальные агенты. Подробная карта живой нервной системы может подсказать новые подходы к созданию ИИ-систем, которые ориентируются в пространстве, принимают решения и учатся через взаимодействие с окружающей средой.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
