Команда исследователей из Венского университета, работающая под руководством невролога Алипаши Вазири (Alipasha Vaziri) составила первую трёхмерную карту нейронной активности круглого червя-нематоды вида Caenorhabditis elegans. Карта позволяет учёным проследить за прохождением сигналов по всему телу в режиме реального времени.

Впервые аналогичная схема, отображающая соединения между всеми 302 нейронами нематоды, была составлена в 1986 году. С тех пор ни для каких других организмов карта нейронной активности составлена не была.

При этом «Коннектома», как её называют создатели, не позволяла учёным определить нейронные пути, которые ведут к определённым действиям, совершаемым животным.

«Более того, коннектома не позволяет нам предсказать, что будет делать червь в отдельно взятый момент времени. Поэтому мы решили составить схему отображения сигнальной активности между нейронами в трёх измерениях и в режиме реального времени», — рассказывает Вазири, чья статья была опубликована в журнале Nature Methods.

Вазири и его коллеги промаркировали червя таким образом, чтобы, когда его нейроны активизировались и ионы кальция проходили бы сквозь клеточную мембрану, каждая нервная клетка светилась. Для фиксации подаваемого таким образом сигнала неврологи использовали методику светопольной деконволюционной микроскопии (light-field deconvolution microscopy), которая составляет единую картину по снимкам крошечных линз и анализирует их с помощью особого алгоритма. В итоге получается трёхмерное изображение высокого разрешения.

Исследователи сделали серию снимков по 50 кадров в секунду. Это позволило получить видео, на котором отображена нейронная активность в головном и спинном мозге, а также в хвосте червя.

Затем ту же технику применили к прозрачным личинкам данио-рерио (Danio rerio) и визуализировали весь их мозг, когда рыбки реагировали на запахи, специально запущенные в воду. Учёным удалось увидеть одновременную активность пяти тысяч нейронов мозга из общего числа в 100 тысяч.

Как сообщают исследователи,

для полноценного изучения нейронной активности животных необходимо использовать и коннектому, составленную в 1986 году, и новую схему активности, созданную учёными сегодня. Работая с этими двумя инструментами, можно будет определить роль каждой отдельной клетки в теле.

Соавтор нового исследования Эдвард Бойден (Edward Boyden) из Массачусетского технологического института рассказал, что в дальнейшем методику будут использовать для проверки того, как мозг реагирует на различного рода раздражители.

Говоря о возможности картографирования мозга млекопитающих, Бойден упомянул в пресс-релизе, что методику необходимо будет улучшить: скорость съёмки и разрешение должны быть в разы выше, ведь мозг млекопитающих и человека устроен значительно сложнее, чем у нематод и личинок данио.