Мозъкът е изумително сложна система от връзки между невроните. Картографирането на тези връзки е важна стъпка в разгадаването на функционирането на мозъка. Наскоро учени завършиха най-амбициозното досега усилие за създаване на такава карта: пълен документ за всеки неврон и всяка връзка в мозъка на възрастна плодова мушица.

Изследването представлява първата подобна карта за животно, което може да ходи и да вижда, и първата пълна карта на мозъка на възрастно животно. Тя проследява всеки един от 139 255-те неврона в мозъка на Drosophila melanogaster, както и 50-те милиона връзки между тях и е най-голямата и най-подробната, създавана някога. Подобна карта е създадена и за ларвата на същия вид, но нейният мозък е много по-малък, само с около 3000 неврона. Мозъкът на възрастния индивид също трябва да обработва много повече информация и поведения.

Картата е описана в две статии, публикувани на 2 октомври в Nature. Тя е резултат от сътрудничеството на екип от 287 изследователи от 76 институции в цял свят, като са използвани над 100 TB данни.

На нивото на връзките между невроните нашите мозъци и мозъците на насекомите са изключително сходни, поради което дрозофилата е чудесна моделна система за изучаване на функционирането на мозъка. Въпреки това, разбира се, има и някои разлики и учените често се оказват по-заинтригувани от случаите на различие, отколкото на сходство.

Тъй като геномите на мухите и хората са сходни, отдавна знаем, че мозъците на мухите и хората трябва да имат сходства на молекулярно ниво. По-бавно осъзнахме, че има сходства и на ниво схеми, които се разкриват чрез изследване на моделите на свързаност.

Един от въпросите е защо има сходства в схемите, след като еволюционният предшественик на мухите и хората е толкова древен. Може би приликите са резултат от конвергентна еволюция. На молекулярно ниво обонятелните системи на насекомите и хората изглеждат много различни; гените за обонятелните рецептори са различни. Но схемите може да са се оказали аналогични, защото трябва да решават една и съща изчислителна задача.

Както в мозъка на плодовата мушица, така и в нашия големи мрежи от неврони се комбинират по някакъв начин, за да обработват информация, да управляват поведението и да съхраняват и извикват памет. И в двата мозъка невроните изстрелват потенциали на действие, използват общи невротрансмитери и т.н. И двата мозъка се характеризират с масивна рекурентна свързаност; и двата мозъка показват признаци на интересна мрежова структура, която много бихме искали да разберем по-подробно.

Така че, макар и да има разлики, основният въпрос за това как да се организират големи мрежи от неврони за обработка, съхраняване и припомняне на информация почти неизбежно ще има общи основи при различните видове. Разгадаването на този проблем е трудна задача, а възрастната муха изглежда е среда между „много по-просто от човешкото“ и „все още много интересно“ по отношение на обработката на информация и поведенческите възможности.

Определянето на „типичен“ неврон не е просто, както се вижда от броя на видовете клетки (над 8000), които открихме в сравнително малкия мозък на мухата. В зрителната система на мухата например невроните са средно около 0.6 мм „дълги“ (т.е. общата дължина на всички разклонения на неврона) и имат около 270 входа и 500 изхода. Твърдението, че невроните на бозайниците са около 10 пъти по-големи от невроните на мухите, вероятно не е далеч от истината.

В мозъците на бозайниците отделните синапси обикновено са едно към едно, т.е. те образуват връзка между точно два неврона. За разлика от тях синапсите при насекомите обикновено са едно към много („полиадични“), което означава, че те свързват множество различни неврони. Защо това е така, може да се спекулира, но може би има нещо общо с това, че мозъците на насекомите се опитват да съберат възможно най-много връзки (и следователно изчислителна мощ) в много малък мозък.

Снимка: Unsplash /Philipp Schlegel (University of Cambridge/MRC LMB)

Виж още: Тази роботизирана ръка се отделя, пълзи и хваща предмети като в sci-fi кошмар (ВИДЕО)