Исследование на рыбках данио выявило первую тонкую структуру полного мозга позвоночного

Несмотря на десятилетия впечатляющих успехов в визуализации мозга и измерении его активности, мы до сих пор не понимаем, как работает даже простой мозг позвоночного.

Модельным объектом стала личинка рыбки данио. Дэвид Хильдебранд из Гарвардского университета сделал электронно-микроскопические снимки мозга данио, разрезанного на десятки тысяч срезов. Целью было разработать методы, позволяющие изучить морфологию и коннектом (схему связей) любой нейрона в мозге личинки данио примерно на пятый день после оплодотворения, когда проявляются интересные формы поведения, такие как охота.

Для создания полного набора изображений нервных клеток и их связей Хильдебранд разрезал переднюю четверть личинки данио (общей длиной 1 мм) на более чем 18 000 срезов и получил их электронно-микроскопические изображения. Чтобы реконструировать трёхмерную модель мозга из искажённых срезов, соавтор Арт Ветцель применил разработанное им программное обеспечение SWiFT (Signal Whitening image Fourier Transform). Это позволило скорректировать искажения, и менее 1% срезов не удалось использовать в анализе.

Около 12 500 срезов содержали части мозга. Учёные собрали 4 900 гигабайт данных. Они полностью или частично проследили путь около 2500 нервных клеток и их аксонов. Для 805 нейронов удалось отследить аксоны на всей их протяжённости через мозг.

Одним из ранних открытий стала зеркальная симметрия: определённые нервные волокна на одной стороне мозга (левой или правой) имеют «близнецов» на противоположной стороне, и организация аксонов внутри этих нервов на каждой стороне следует почти зеркальным путям. Учёные предполагают, что это может быть связано с запрограммированным процессом развития мозга и быть важной подсказкой для понимания ряда врождённых форм поведения рыб. Пока неясно, будут ли нейроны в медленно развивающемся и сильно меняющемся в течение жизни человеческом мозге обладать такой же степенью симметрии.

Первые результаты были опубликованы в престижном журнале Nature 10 мая 2017 года. Эта работа открывает путь к извлечению полной «схемы соединений» мозга на наноуровне, что может пролить новый свет на поведенческие исследования и приблизить понимание более сложных мозгов, включая человеческий.