Ученые впервые увидели работу мозга вживую

Впервые в истории науки ученые изобразили работу всего мозга настолько подробно на примере плодовой мушки дрозофилы, что им стали видны отдельные соединения (синапсы) между каждым нейроном в реальном времени. Полученная база данных изображений может помочь исследователям составить карту нейронных цепей, которые лежат в основе любого действия животного: обоняние, зрение, вкус и общего поведения.

Смотрите также в сюжете о главных тайнах главного органа человека – мозга:

https://www.youtube.com/watch?v=kaTC9JQUDAw

"Этот набор данных является одной из самых важных вещей, которые произошли в нейробиологии в последние годы. Любой желающий в мире может загрузить полученный нами набор данных и лично определить, общаются ли какие-нибудь два нейрона между собой", – объясняет нейробиолог из Гарвардского университета Рэйчел Уилсон.

Мозг плодовой мухи, состоящий из 100 тысяч нейронов, является элементарным по сравнению с человеческим мозгом, состоящим из 100 миллиардов синаптических связей. Однако у такой мушки нашлась важная ценность для науки.

"Дело в том, что некоторые системы в мозге дрозофилы, – например, те, которые отвечают за обнаружение и запоминание запахов – могут иметь общие принципы с человеческими", – говорит Дэви Бок, нейробиолог из исследовательского кампуса им. Джанлии в Медицинском институте Говарда Хьюза в Эшберне, штат Вирджиния.

Чтобы разобраться в особенностях отдельных синапсов, где сигнал от одного нейрона передается к другому, Дэви Бок и его коллеги использовали мощный электронный микроскоп, который позволяет рассмотреть гораздо более мелкие детали, чем традиционный световой микроскоп.

Мозг мушки впитали в специальный раствор, содержащий тяжелые металлы, которые связываются с мембранами нейронов и с белками в синапсах. Ученые объясняют, что это сделало мозг похожим на кусок "сэндвича", где темные области является внешними, а белые – внутренними. Затем при помощи алмазного ножа мозг разрезали примерно на 7000 кусочков, каждый из которых был поражен пучком электронов из микроскопа для создания изображения.

Для этого потребовалась камера, способная захватывать 100 кадров на секунду, роботизированная система для подгонки каждого среза мозга с нанометровой точностью и программное обеспечение для сшивания 21 миллиона изображений в одно бесшовное видео. Результатом является реконструкция, которая позволяет исследователям в подробностях рассмотреть особенности работы каждого отдельного синапса.

Если командам исследователей по всему миру удастся составить полную схему работы мозга мухи, им потребуется объединить эту информацию с другими технологиями, которые регистрируют активность мозга живых мух, а затем сопоставить их. Говард Хьюз отмечает, что сила связей между нейронами меняется в зависимости от контекста и времени. "Я изучал организмы разны животных в течение 30 лет, и мы только приоткрыли завесу тайн работы нервной системы живых организмов", – говорит нейробиолог Корнелия Баргманн из Университета Рокфеллера в Нью-Йорке.