В некотором смысле плодовые мушки похожи на нас. У них есть глаза, ноги, нервная система, и они любят фрукты. Однако, в отличие от нас, в их мозгу всего несколько тысяч нейронов, а это значит, что ученые могут нанести на карту не только все клетки, но и все связи между ними, впервые создав полный цифровой «коннектом» живого существа, который , если подумать, в основном человек.
Возможно, я преувеличиваю наше сходство с плодовыми мушками, которых обычно называют по научному названию Drosophila (melanogaster, хотя эта часть обычно не требуется), но есть причина, по которой мы используем их во многих биологических экспериментах. Вы можете не думать, что вы очень похожи на одно из этих существ, но вы определенно больше похожи на плодовую мушку, чем на бактерию или динофлагеллята. Понимание даже такого относительно простого животного, как дрозофила, многому учит нас о животных и жизни в целом.
Несмотря на то, что, наряду с дрожжами, возможно, это наиболее изученные организмы, одна дрозофила по-прежнему слишком сложна для моделирования каждого аспекта. Черт, у нас проблемы с правильной симуляцией одной клетки. Однако если вы рассматриваете существо не как гештальт, а как совокупность взаимосвязанных систем, вы можете начать откусывать от слона.
Самый последний укус, сделанный группой биологов из Кембриджского университета, представляет собой «карту синапсов» мозга личинки дрозофилы. С 3 016 нейронами и 548 000 синапсов это в 10 раз больше сложности, чем у последнего организма, мозг которого был нанесен на карту, член Конгресса. (На самом деле это был один из худших видов червей, кольчатое червь. У людей около 86 миллиардов нейронов и почти бесчисленное количество синапсов.)
Личинка плодовой мушки, конечно, не муха, но уже сложное существо с адаптивным поведением, структурой, аналогичной мозгу взрослой мухи, кратковременной и долговременной памятью и другими ожидаемыми функциями мозга. Кроме того, их легче поймать. Что еще более важно, у него «компактный мозг с несколькими тысячами нейронов, которые можно визуализировать в наномасштабе с помощью электронной микроскопии (ЭМ), а его цепи реконструировать в разумные сроки», как говорится в статье, опубликованной сегодня в журнале Science. Другими словами, это правильный размер и не слишком странно.
Мозг был разрезан на невероятно тонкие слои и визуализирован с помощью ЭМ, а полученные срезы были тщательно исследованы, чтобы определить, как нейроны, аксоны и другие клеточные структуры продолжаются между ними. «Мы разработали алгоритм для отслеживания распространения сигнала по всему мозгу по полисинаптическим путям и проанализировали пути прямой связи (от сенсорного к выходному) и пути обратной связи, мультисенсорную интеграцию и межполушарные взаимодействия», — пишут они.
Объем электронной микроскопии серийного среза, показывающий структуру мозга дрозофилы. Кредиты изображений: Майкл Виндинг
В результате получается модель, которую вы видите, похожая на слизняка в клоунском парике (мне не нужно добавлять, что это не то, на что она похожа). в естественных условиях).
Конечно, есть много интересных наблюдений о том, как устроен мозг, от вложенных рекуррентных петель, мультисенсорной интеграции, межполушарных взаимодействий и всего такого хорошего. Но иметь полный коннектом сложного живого существа в принципе интересно любому, кто находится в этом пространстве — вы можете многое сделать, когда у вас есть приличная симуляция мозга. В то время как более ранние исследования воспроизводили отдельные подсистемы или меньшие мозги, это самая большая и самая полная характеристика, и как трехмерный цифровой ресурс он почти наверняка будет использоваться и цитироваться во всей дисциплине.
Некоторые из этих вещей можно найти даже в искусственных нейронных сетях; изучение того, как такое сложное поведение создается таким малонаселенным мозгом, может «возможно, вдохновить на создание новых архитектур машинного обучения».
Интересно, что у нас уже есть детальная механическая модель тела и движений взрослой мухи, и хотя вопрос очевиден, ответ отрицательный: мы не можем поместить этот мозг в это тело и сказать, что смоделировали его целиком. вещь. Но, может быть, в следующем году.