Чтобы понять, как мозг управляет поведением, ученые строят все более сложные копии нервной системы. Такая модель, «схема электропроводки» организма, включающая все нейроны и все их соединения (синапсы), называются коннектомом. Существует несколько конкурирующих мегапроектов с очень серьезным финансированием, занимающихся исследованиями коннектомов. До сих пор самым сложным полностью воссозданным коннектомом была нервная система личинки дрозофилы, которую разрезали на крошечные сегменты и с помощью электронной микроскопии 12 лет наносили на карту все ее три тысячи нейронов и полмиллиона синапсов. Это исследование вышло в 2023 и дало очень интересные результаты (я о них писал).
А вчера в Nature вышла серия статей (сразу 11 работ, включая редакционную статью, - никогда такого не видел) по материалам исследований международной коллаборации FlyWire, за 10 с лишним лет составившей с помощью ИИ и добровольцев со всего мира полный коннектом мозга теперь уже взрослой дрозофилы.
Мозг плодовой мушки меньше макового зернышка. Но по сравнению с ее личинкой, достигнут огромный прогресс – коннектом взрослой мухи включает описание около 140 тысяч нейронов и 55 миллионов синапсов (для сравнения, в нашем мозгу – 86 миллиардов нейронов и 100 триллионов соединений).
Оказалось, мозг плодовой мушки состоит в основном из нейронов, которые принимают сигналы от глаз и обрабатывают их, - этим заняты две большие доли мозга, расположенные по бокам от его центральной части. То есть основная задача большинства нейросетей в этом простом мозге – создавать и анализировать картину мира, формируемую на основе зрительной информации.
Еще любопытно, что в мозгу гораздо больше афферентных нейронов (отправляющих сенсорную информацию в мозг), чем эфферентных (отдающих команды мозга мышцам) - первых 13.9%, а вторых лишь 1.1%. Формировать картину мира намного сложнее, чем управлять полетом.
Связи между отдельными нейронами в большинстве своем включали менее 10 синапсов, но есть привилегированные нейроны и соединения (помните "нейрон Путина" из поста про гиппокамп?), - почти 16 тысяч таких соединений содержали более ста синапсов, и лишь 27 «самых влиятельных» — более тысячи синапсов.
Ученые выделили 8453 типа нейронов, основываясь на их форме, - теперь это крупнейший каталог типов нейронов (в человеческом мозге идентифицировали только 3300 типов клеток).
Но еще важнее то, что эта карта уже используется для создания интерактивных моделей мозга, - ученые научились симулировать взаимодействие части этих нейронов и поняли, что и как именно делают некоторые из этих типов клеток. Парочка типов, например, отдают команду шагающим мухам остановиться – каждый своим способом.
А ученые из Калифорнийского университета в Беркли создали на основе этой карты работающую модель некоторых сетей мозга мухи, - в ней виртуальные нейроны обмениваются сигналами. Смоделированный мозг, например, реагирует на пищу. Хоботок мухи, похожий на язык, покрыт нейронами, чувствительными к сахару. Виртуальный мозг делал то, что делал бы настоящий мозг: он приказывал хоботку выдвинуться, чтобы муха могла есть. А если модель мухи чувствовала вкус сахара только с правой стороны хоботка, мозг посылал команды согнуть его вправо.
Для ученых, создающих подобные модели, FlyWire разработала «поисковую систему по мозгу» - Codex (Connectome Data Explorer), который позволяет любому человеку перемещаться по всем нейронам и синаптическим путям на карте мозга дрозофилы.
В Nature называют работу «монументальным достижением», и пишут, что «теперь, когда у нас в руках коннектом, понимание того, как нервная система генерирует поведение, становится гораздо более достижимым». По крайней мере, для мухи )
А исследователи уже приступают к гораздо более амбициозной работе: созданию карты мозга мыши, которая содержит примерно в 1000 раз больше нейронов.
