Зрительные системы млекопитающих и мушки изучили в умопомрачительных деталях

Фрагмент карты сетчатки глаза мыши, составленной исследователями из Института нейробиологии общества Макса Планка

(иллюстрация Fabian Isensee et al.).

За четыре направления движений у мушек дрозофил отвечают четыре разных нейронных соединения

(иллюстрация MPI of Neurobiology/Borst).

Карта мышиной сетчатки в разрезе, созданная на основе данных электронной микроскопии

(иллюстрация Max Planck Institute for Medical Research).

В сетчатке глаза содержится от 50 до 100 типов клеток, которые образуют тысячи нейронных соединений

(иллюстрация Max Planck Institute for Medical Research).

В журнале Nature в один день вышло три статьи о трёх независимых исследования. Команды биологов составили карту тесных клеточных взаимосвязей и нейронной активности, участвующих в зрительном процессе у мыши и плодовой мушки.

Все три работы охватывали различные участки центральной нервной системы, расположенные в глазах животных. Предметом всех исследований было изучение нейронных соединений. У человека каждые сто клеток имеют около тысячи таких взаимосвязей. У животных эта система не многим проще.

Первое исследование, ведущим автором которого был Мориц Хельмстедтер (Moritz Helmstaedter) из Института нейробиологии общества Макса Планка, было направлено на создание трёхмерной карты 950 клеточных секций в сетчатке глаза мыши, а также взаимосвязей нейронов в мозге грызуна. Для работы Хельмстедтер и его коллеги пригласили в помощь 200 студентов, которые помогали учёным обрабатывать изображения.

Фрагмент карты сетчатки глаза мыши, составленной исследователями из Института нейробиологии общества Макса Планка (иллюстрация Fabian Isensee et al.).

Чтобы составить подробную карту, нужен был очень маленький кусочек мышиной сетчатки — 117 на 80 микрометров.

Удивительно, что параллельно с картографированием нейробиологи сделали и открытие: они обнаружили новый тип клеток сетчатки, которые никто ранее не замечал (недавно подобное открытие было сделано в роговице глаза).

"У любого млекопитающего типов нейронов очень много. Клетки сетчатки делятся на 50-100 типов. Это очень малоизученный участок организма. Мы мало знаем о нейронах, а об их взаимосвязях — ещё меньше. Тем не менее, ещё никому не удавалось изучить в таких подробностях визуальную систему млекопитающего", — говорит соавтор исследования Себастьян Сын (Sebastian Seung) из Массачусетского технологического института.

Вторая команда занималась изучением системы визуального детектирования движений у плодовых мушек. Синья Такемура (Shinya Takemura) и его коллеги из Медицинского института имени Говарда Хьюза создали трёхмерную карту четырёх нейронных цепей, задействованных в этом процессе.

Учёные были удивлены, когда узнали, что каждая цепь отвечает за отдельное направление — вверх, вниз, влево и вправо. Для того чтобы сделать такие выводы, нейробиологи рассмотрели 379 клеток и 8637 нейронных соединений.

"Когда мы только начинали работать, то даже не знали, какие клетки посылают сигнал о движении. Но затем заметили, что тип нейронов Т4 имеется в четырёх разных вариантах, которые отвечают за четыре направления движения. Тогда мы решили найти клетки, которые транслируют сигнал нейронам Т4. В итоге мы обнаружили, что первоисточником являются клетки типа Mi1 и Tm3", — рассказывает соавтор исследования Дмитрий Шкловский.

В сетчатке глаза содержится от 50 до 100 типов клеток, которые  образуют тысячи нейронных соединений (иллюстрация Max Planck Institute for Medical Research).

Третьим исследованием руководил Мэттью Майзак (Matthew Maisak), вычислительный биолог из Института нейробиологии общества Макса Планка. Вместе со своими коллегами он создал ещё одну карту этих четырёх нейронных цепей, предварительно пометив клетки каждой белковыми маркерами. В результате нейробиологи заставили клетки светиться красным, синим, зелёным и жёлтым светом, а также реагировать на стимуляцию светом извне.

Все участники этих работ надеются, что после усовершенствования технологии, в ближайшем будущем можно будет создать такие же карты и для человеческой зрительной системы. Что, несомненно, поможет разобраться в работе головного мозга людей, составить более подробные карты и, возможно, воссоздать человеческий мозг "в металле".

Также по теме:
Cоздана самая детальная трехмерная карта человеческого мозга
Учёные дополнили атлас человеческого мозга информацией о генах
Международная команда инженеров впервые взломала человеческий мозг
Биологи составили детальную схему головного мозга мыши
Учёные создали полностью прозрачный мозг