Ученые из Института биологических исследований Солка могут посмотреть на мозговую активность крошечного червя и сказать, какое химическое вещество учуяло животное несколькими секундами ранее. Но результаты нового исследования Шриканта Чаласани, доцента Института Солка, — это не просто новинка; они помогают ученым лучше понять, как мозг функционирует и интегрирует информацию. Исследование опубликовано в журнале PLOS Computational Biology.
“Мы обнаружили несколько неожиданных вещей, когда начали изучать влияние этих сенсорных стимулов на отдельные клетки и связи в мозге червя”, — рассказывает Чаласани.
Сообщается, что ученых интересует, как на клеточном уровне мозг обрабатывает информацию из внешнего мира. Исследователи не могут одновременно следить за активностью каждой из 86 миллиардов клеток мозга человека, но они могут это делать в микроскопическом черве Caenorhabditis elegans, у которого всего 302 нейрона.
Эксперты объясняют, что в таком простом животном, как C. elegans, исследователи могут отслеживать отдельные нейроны, пока животное выполняет действия. Такой уровень разрешения в настоящее время невозможен ни у людей, ни даже у мышей.
Ученые сконструировали C. elegans таким образом, что каждый из 302 нейронов содержал флуоресцентный датчик, который загорался, когда нейрон был активен. Затем они наблюдали под микроскопом за тем, как 48 разных червей подвергались многократному воздействию пяти химических веществ. В среднем, в ответ на каждое химическое вещество активировалось 50-60 нейронов.
С помощью специального алгоритма было установлено, что всякий раз, когда C. elegans подвергался воздействию хлорида натрия (соли), сначала наблюдался всплеск активности одного набора нейронов – вероятно, сенсорных нейронов – но затем, примерно через 30 секунд, триплеты других нейронов начинали сильно координировать свою деятельность. Эти же отдельные тройки не наблюдались после других стимулов, что позволило исследователям точно определить, когда червь подвергался воздействию соли, основываясь только на моделях мозга.
“Похоже, что C. elegans придает большое значение ощущению соли, используя для этого совершенно иную конфигурацию цепей в мозге”, – делится Чаласани. – Это может быть связано с тем, что соль часто представляет собой бактерии, которые являются пищей для червя”.
Затем исследователи использовали алгоритм машинного обучения для выявления других, более тонких различий в реакции мозга на каждое из пяти химических веществ. Алгоритм смог научиться различать нейронную реакцию на соль и бензальдегид, но часто путал три других химических вещества.
