166 000 нейронов мозга дрозофилы на карте: ИИ впервые сравнил нейросети мозга двух полов

Работа продолжает многолетний проект по коннектомике, науке о точной реконструкции связей между клетками мозга. Ранее те же команды опубликовали полную карту мозга самки плодовой мушки. Теперь, по данным Google Research, мужская карта стала рекордной по числу нейронов и открывает путь к систематическому изучению половых различий в нервной системе.

Как строили карту мозга?

Мозг и нервный ствол дрозофилы (аналог спинного мозга у позвоночных) нарезали на тончайшие срезы. Каждый срез сфотографировали, а затем миллионы плоских снимков собрали в объёмную 3D-модель.

Именно здесь вступает ИИ. Вручную классифицировать 166 000 нейронов невозможно за разумный срок. Компьютеры и нейросети помогли экспертам автоматически распознавать формы нейронов, прокладывать связи между ними и группировать клетки по типам. Без этого масштабирования проект занял бы не годы, а десятилетия.

Что обнаружили?

• Большинство нейронов у самца и самки одинаковы (изоморфны), но меньшая часть принадлежит только одному полу.
• Третья категория, диморфные нейроны, присутствует у обоих полов, но соединяется с разными соседями. Например, тип AOTU012, связанный с обработкой сенсорных и вкусовых сигналов, есть и у самца, и у самки, однако его «соседи» частично совпадают (показаны зелёным), а частично различаются (красный, оранжевый, жёлтый).
• Обнаружены зрительно-моторные цепочки, соединяющие зрительные нейроны R1-R6 с двигательным нейроном DNg13. Между ними лежит специфический для самца нейрон LoVP92, названный по так называемому «пятну любви» (love spot), который участвует в брачном поведении.
• Три сопутствующих исследования уже применяют карту к изучению зрения, вкуса и социального поведения мушек.

Нейросети мозга и нейросети машинные: в чём параллель?

Дрозофила, главный модельный организм нейробиологии. Её мозг достаточно сложен, чтобы управлять зрением, обонянием, движением и даже ухаживанием, но достаточно мал, чтобы его можно было полностью картографировать.

Карта нейросетей мозга дрозофилы показывает, как сигнал от сенсорных органов (два огромных фасеточных глаза, выдвижной хоботок для запахов и жидкой пищи) проходит через промежуточные нейроны и доходит до моторных клеток, управляющих движением. Эта архитектура «вход, обработка, действие» напоминает принцип работы искусственных нейросетей, только биологическая сеть самоорганизуется, а не обучается на данных по градиенту.

Что это значит для вас?

Автору Дзена и копирайтеру. Тема «как устроен мозг и чем он похож на нейросети» стабильно набирает просмотры. Карта мозга дрозофилы даёт конкретный визуальный материал: пять опубликованных изображений и видео, которые можно разобрать в научно-популярном посте или сравнительном лонгриде «нейросети мозга против ИИ».

Маркетологу. ИИ в этом проекте, не генерация текста, а обработка миллионов микроскопических срезов в 3D-модель. Это наглядный кейс для презентаций: нейросети масштабируют работу, которую человек физически не способен выполнить руками.

Предпринимателю в РФ. Данные проекта опубликованы в открытом доступе. Российские нейробиологические лаборатории (например, в Сколтехе и Институте высшей нервной деятельности РАН) уже работают с коннектомными данными дрозофилы. Если ваш продукт связан с медтехом или нейроинтерфейсами, следите за обновлениями на сайте Neural Mapping.

Карта мозга самца дрозофилы теперь доступна для любого исследователя, а три свежих работы уже проверяют её на задачах зрения, вкуса и социального поведения. Следующий рубеж, полная карта мозга позвоночного, и Google Research прямо заявляет, что работа над ней идёт.

По данным Google Research