Междисциплинарное совместное исследование ученых из Кембриджа и Университета Джона Хопкинса, затрагивающее нейронауку, микробиологию и информатику, привело к созданию первой детализированной карты мозга насекомого в высоком разрешении. Изображение показывает каждый нейрон и синаптические связи между ними, и дает информацию об обработке мыслей и поведении, например, о том, как самые загруженные цепи ведут к учебному центру мозга и от него.

Изображение коннектома (полное описание структуры связей в нервной системе организма) личинки плодовой мушки Drosophilia melanogaster с высоким разрешением показывает 3016 нейронов и 548 000 синаптических связей между ними. На эту работу ушло 12 лет. Раньше подобная карта устройства мозга была составлена только по трем организмам — морской асцидии и двум видам червей. Но мозг этих существ значительно проще плодовой мушки — у них всего несколько сотен нейронов.

Команда использовала электронную микроскопию, чтобы визуально разрезать мозг личинки плодовой мушки размером с крупинку соли на тысячи частей. Электронный микроскоп зафиксировал изображение каждого среза, на обработку каждого из 3016 нейронов уходил день. Затем ученые соединили эти изображения вместе на компьютере и вручную отследили связи каждого нейрона, чтобы создать трехмерную визуализацию клеток. Команда обнаружила соединения, по которым информация передается между нейронами, и даже определила отправляющую и принимающую стороны.

Плодовые мушки имеют сложное поведение при обучении и принятии решений и являются одними из наиболее изученных животных в исследованиях неврологии. Личинки выполняют почти все те же действия, что и взрослые мухи, за исключением полета и спаривания, но имеют меньший мозг, что значительно ускоряет сбор данных.

На получившейся карте мозга были обнаружены особенности схемы, напоминающие архитектуру машинного обучения, которые могут быть использованы при создании новых вариантов ИИ. Сейчас эта же группа ученых работает над картированием мозга взрослой плодовой мухи, чтобы сравнить изменения в развитии по сравнению с личинкой.

Продолжаются также исследования по картированию мозга мышей — они могут быть реализованы в течение следующего десятилетия. Но это монументальная задача, поскольку размер мышиного мозга в миллион раз больше, чем у личинки плодовой мухи. Полный человеческий коннектом, который, вероятно, станет ключом к нашему сложному сознанию, вряд ли будет получен в обозримом будущем. Современные вычислительные инструменты могут отслеживать миллионы нервных путей, но не триллионы, которыми, как считается, обладает человеческий мозг.