В нейронауках важнейший итог года – появление мощных моделей мозга, коннектомов

В нейронауках важнейший итог года – появление мощных моделей мозга, коннектомов. Коротко напомню про три новости, о которых подробней уже писал:

1. В апреле коллаборация из сотни ученых проекта MICrONS реконструировала кубический миллиметр нервной ткани мыши. Получилась сделанная с помощью электронной микроскопии трехмерная копия участка зрительной коры со всеми связями нейронов, в сочетании с визуализацией их активности. Модель включает лишь 0,2% мозга мыши, но уже дала новые знания, - например, о том, как устроена функциональная единица коры - колонка, - из каких типов нейронов она состоит, и как они соединены друг с другом (кора мозга вся состоит из однотипных вертикальных тоненьких колонок - столбиков высотой во всю толщину коры).

2. Всего через месяц ученые из Гарварда и Google отчитались в Science о том, что создали модель кубического миллиметра височной коры мозга человека, с наноразмерным разрешением, - тоже на основе данных электронной микроскопии. Интересно, что плотность нейронов в коре человеческого мозга оказалась почти в 10 раз ниже, чем у мыши. Модель кусочка височной коры (его вырезали хирурги, чтобы получить доступ к лежащему под корой эпилептическому очагу) тоже дает кое-какие новые детали паззла, хотя тоже не меняет в корне ситуацию - мы по-прежнему толком не понимаем, как работает мозг.

Авторы модели посчитали разные типы клеток и синапсов. Оказалось, нейронов в височной коре в два раза меньше, чем глиальных клеток, поддерживающих, питающих и ремонтирующих нейроны. А всего в кубическом миллиметре коры около 57 000 клеток: 32 тысячи глиальных, 16 тысяч нейронов и 8 тысяч клеток, связанных с кровеносными сосудами.

И около 150 миллионов синапсов: 110 миллионов возбуждающих и 40 миллионов тормозящих нейрон. В среднем на каждом нейроне - тысячи синапсов. Как вы помните, нейрон начинает испускать импульсы, если возбуждение в его синапсах достигает некоторого порога. Так вот, большая часть из этих тысяч синапсов слабые, но у каждого нейрона существует до 50 мощных мультисинаптических входов проводов-аксонов других нейронов, гораздо сильнее прочих влияющих на поведение нейрона.

3. В октябре в Nature вышли сразу 11 статей с исследованиями коллаборации FlyWire, за 10 с лишним лет составившей с помощью ИИ и добровольцев со всего мира полный коннектом мозга мухи-дрозофилы.

Раньше самым сложным полным коннектомом была воссозданная в 2023 году нервная система личинки дрозофилы с тремя тысячами нейронов. За год произошел огромный скачок: мозг плодовой мушки меньше макового зернышка, но включает описание около 140 тысяч нейронов и 55 миллионов синапсов (для сравнения, в нашем мозгу – 86 миллиардов нейронов и 100 триллионов соединений).

В основном это нейроны, принимающие и обрабатывающие сигналы от глаз: основная задача большинства нейросетей в этом простом мозге – создавать и анализировать картину мира, формируемую на основе зрительной информации. Еще любопытно, что в мозге 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, - почти 16 тысяч таких соединений содержали более ста синапсов, и лишь 27 «самых влиятельных» — более тысячи синапсов.

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. Вообще все эти три модели – это не только результаты, но прежде всего инструменты для дальнейших исследований, - эти карты мозга и инструментарий поиска по ним выложили в свободный доступ. Проблема в том, чтобы перейти от накопления знаний о частностях к точному пониманию того, как работает мозг, - для начала хотя бы мозг мухи.

Источник: vk.com

Комментарии: