Компьютерный генетический анализ мозга мухи выявил половые различия

Используя генетические инструменты для точного подсчета нейронов на микроскопических изображениях, исследователи из EPFL с беспрецедентной точностью оценили количество нейронов и других типов клеток в мозге личинок дрозофилы. Они обнаружили, что у самок существенно больше нейронов, чем у самцов.

Подсчет клеток мозга — ключевая задача для изучения его структуры и функции. Традиционные методы, основанные на срезах ткани и экстраполяции, подвержены ошибкам, так как предполагают равномерное распределение клеток. Ученые EPFL разработали новый подход для идентификации клеток со сверхчеловеческой точностью и скоростью в интактном мозге личинки Drosophila — важного модельного организма в нейронауках.

Новый метод: генетика и машинное зрение

Исследователи использовали генетические инструменты, чтобы экспрессировать флуоресцентную метку, заставляющую светиться только ядро нейрона. Затем мозг личинки визуализировали с помощью передовой микроскопии, создающей 3D-изображение без повреждения образца. Компьютеры анализировали изображения, подсчитывая "точки" (ядра), что гораздо проще, чем анализ сложных 3D-форм целых нейронов.

Результаты: пересмотренные цифры и половые различия

• Мозг самок содержит около 10 300 нейронов (на 15–30% меньше прежних оценок) и около 3 800 глиальных клеток (в три раза больше, чем предполагалось).
• Мозг самцов содержит около 9 400 нейронов (почти на 10% меньше, чем у самок) и примерно на 4% больше глиальных клеток, чем у самок.

"На личиночной стадии у дрозофил нет внешних половых органов, поэтому найти такую большую разницу было удивительно", — отмечает старший автор исследования Брайан Маккейб.

Математическое подтверждение различий

Дальнейший анализ данных методами топологии (раздела математики, изучающего форму данных) под руководством Кэтрин Хесс показал, что по топологической структуре мозга можно предсказать пол животного с точностью 99%. "Возникающая глобальная структура мужского мозга, по-видимому, отличается от таковой у женского мозга", — говорит Хесс.

Хотя объяснения этим различиям пока нет, Маккейб предполагает, что причиной могут быть поведенческие различия. Результаты подчеркивают необходимость изучения обоих полов при исследовании поведения или нейронных связей.

Исследователи назвали свой подход, связывающий генетические инструменты, визуализацию и компьютерный анализ, "робогенетикой" (генетикой для компьютеров). В будущем они планируют изучить, как нейроны связаны друг с другом и какую функцию выполняют. Работа опубликована в журнале eLife.