Карта нервной системы мухи: от взлёта до полёта
Учёные создают карту нейронных связей (коннектом) моторных цепей центральной нервной системы, управляющих мышцами плодовой мушки (Drosophila). Эта работа уже даёт детальное понимание того, как нервная координация движений ног отличается от управления крыльями.
Несмотря на кажущуюся простоту, моторная система мухи демонстрирует «неожиданный уровень сложности». Как отмечают исследователи, «типичный мотонейрон мухи получает тысячи синапсов от сотен пресинаптических премоторных нейронов», что сопоставимо с масштабом синаптической интеграции в пирамидальных нейронах коры грызунов.
Результаты опубликованы 26 июня в журнале Nature в двух статьях: «Синаптическая архитектура сетей премоторного контроля ног и крыльев у Drosophila» и «Коннектомная реконструкция вентрального нервного канада самки Drosophila». Руководили исследованиями Джон К. Татхилл (Вашингтонский университет) и Вэй-Чунг Аллен Ли (Гарвардская медицинская школа).
Ключевые особенности моторной системы мухи
- Ноги (6 штук) управляются всего 60–70 мотонейронами. Для сравнения: одна икроножная мышца кошки снабжается ~600 мотонейронами.
- Крылья управляются 29 мотонейронами, отвечающими за силу и направление. У колибри грудная мышца снабжается 2000 мотонейронов.
Несмотря на малое число нейронов, муха выполняет сложные движения: ходьба, ухаживание, полёт с манёврами.
Методы и основные результаты
- Масштабная реконструкция: С помощью автоматических инструментов, машинного обучения и электронной микроскопии учёные идентифицировали 14 600 нейрональных клеточных тел и около 45 миллионов синапсов в вентральном нервном канаде (аналог спинного мозга) самки мухи.
- Создание атласа цепей: Исследователи картировали
связи мотонейронов с конкретными мышцами передней ноги и крыла, создав
атлас цепей, координирующих движения при взлёте и полёте.
- Взлёт: средние ноги разгибаются для прыжка, передние — сгибаются для отрыва.
- Обнаружение множественной иннервации: Некоторые мышечные волокна у взрослых мух иннервируются несколькими мотонейронами (явление, также встречающееся у личинок и саранчи). Это может обеспечивать гибкость и точность управления конечностями при малом числе мотонейронов.
- Сравнение систем: Изучение связей премоторных нейронов позволило сравнить организацию цепей для конечностей разного типа — ног и крыльев, имеющих различную эволюцию и биомеханику.
Значение работы
Этот коннектом — одна из первых схем нейронных связей на уровне синапсов для любого животного с конечностями. Он позволяет строить новые теории о работе нейронных цепей. В будущем сравнение коннектомов разных особей, включая планируемую реконструкцию нервного канала самца, может выявить межполовые различия.