Сравнение карты нейронов нематоды — коннектома — с картой того, как сигналы проходят по этим нейронам, выявило удивительное количество различий, что позволяет предположить, что структура мозга сама по себе не объясняет, как он работает.
Человеческий мозг имеет триллионы связей Лаборатория визуализации подключений в Шербруке/Connect Images/Alamy
Если мы сможем полностью картировать структуру нашего мозга, сможем ли мы понять, как он работает? Именно в этом и заключается цель исследователей, пытающихся построить схему, или коннектом, нейронных путей, но теперь становится ясно, что раскрытие секретов мозга может оказаться не такой уж простой задачей.
Вы можете представить себе коннектом как карту всех возможных путей, по которым могут перемещаться нейронные сигналы, но теперь Софи Двали Сотрудницы Принстонского университета и ее коллеги обнаружили, что некоторые из этих дорог используются не в полной мере.
Исследователи изучили коннектом круглого червя Caenorhabditis elegans и сравнили его с записью нейронных сигналов червя, которую они собрали, стимулируя каждый нейрон и отслеживая, как испускаемый им сигнал перемещался по коннектому. Это стало возможным у червя, поскольку его мозг содержит всего около 300 нейронов во всей нервной системе.
Червь-нематода гораздо проще человека: его нейроны, показанные здесь зеленым цветом, насчитывают около 300 штук. Heiti Paves / Alamy Stock Photo
Рассматривая два набора данных как математические сети, команда смогла определить, склонны ли группы нейронов, тесно взаимосвязанных в коннектоме, обмениваться большим количеством сигналов. Они обнаружили, что это не всегда так.
Двали говорит, что были некоторые примеры перекрытия высокой плотности связей и обмена сигналами, например, для групп нейронов, отвечающих за питание червя, где две сети очень хорошо совпадали, или для нейронов, участвующих в движении назад, что является важным маневром для червя, спасающегося от опасности. В последнем случае нейроны были тесно связаны в обеих сетях, хотя и не одинаково. Но в более общем плане, различий было достаточно, чтобы, по мнению команды, коннектома организма недостаточно для прогнозирования всех его поведенческих особенностей.
Член нашей команды Эндрю Лейфер, также из Принстонского университета, говорит, что разница может быть связана с тем, что сигналы между нейронами не всегда идут по кратчайшему пути, и известны случаи, когда нейроны могут взаимодействовать способами, выходящими за рамки соединяющих их «проводов». «Мы привыкли использовать коннектом для руководства нашими исследованиями, и часто это очень полезно и информативно, но во многих случаях связей так много, что нам хотелось бы иметь больше информации», — говорит он.
«Данные коннектомики часто критикуют, говоря: „О, вы получаете только структуру. Вы не получаете поведение“. И эта работа действительно исследует вопрос о том, в какой степени мы можем [связать эти два понятия]», — говорит Альберт-Ласло Барабаши из Северо-Восточного университета в Массачусетсе.
Далее исследователи планируют расширить своё исследование, чтобы понять, как сигналы распространяются по коннектому при одновременной стимуляции нескольких нейронов, и изучить более сложных животных, таких как личинка плодовой мушки, у которой самый большой из описанных на сегодняшний день коннектомов всего мозга. «Сейчас мы переживаем революцию в картировании мозга», — говорит Барабаши.
PRX Life DOI: 10.1103/6wgv-b9m6
Источник: www.newscientist.com
