Ученые составили рекордно подробный коннектом сетчатки

Нейроны сетчатки поделены на тела клеток (обозначены шарами) и дендриты
Кадр: Nature

Ученые из Института медицинских исследований Макса Планка в Гейдельберге и Массачусетского технологического института реконструировали коннектом фрагмента сетчатки мыши — детальную трехмерную карту соединений между ее клетками. Работа опубликована в Nature совместно с двумя другими исследованиями сетчатки, всем трем работам посвящена редакционная статья и небольшая новостная заметка.

Для создания трехмерной карты фрагмент сетчатки нарезали на множество тонких слоев, которые затем фотографировали при помощи электронного микроскопа. Самая сложная часть работы заключалась в том, чтобы на основании срезов реконструировать трехмерную форму клеток и их соединений. Для этого ученые совместили технологии автоматического распознавания изображения с принципами краудсорсинга: к анализу изображений привлекли более 200 студентов.

Полученная реконструкция коннектома состояла из 950 нейронов, которые осуществляют первичную обработку сигналов от палочек и колбочек. Предварительный анализ соединений нервных клеток подтвердил и уточнил их существующую классификацию.

Две другие работы, посвященные изучению сетчатки, проводились на мухах дрозофилах. Одной из групп используя подобную технику реконструкции удалось обнаружить нейроны, участвующие в детекции движения и его деления на сигналы «вверх» «вниз» «вправо» и «влево». Другие исследователи смогли записать активность участвующих в обработке изображения нервных клеток без использования электродов — такие клетки слишком малы для этой традиционной техники. Вместо электродов ученые использовали флюоресцирующие белки, гены которых были предварительно введены в геном мух.

Метод трехмерной реконструкции с помощью срезов впервые получил распространение в палеонтологии для изучения окаменелостей, которые не могут быть извлечены из породы. Использование такого метода для изучения коннектома более трудоемка, так как в отличие от окаменелостей, в нервной ткани важные детали имеют очень разные размеры — от микроскопических синапсов до аксонов, размер которых измеряется сантиметрами.

В начале апреля в США Барак Обама дал старту проекту BRAIN, который, в том числе подразумевает создание коннектома мозга человека. Проект получит на исследования около трех миллиардов долларов, однако, с какой подробностью удастся провести реконструкцию, пока не ясно. Почти одновременно Европейская комиссия поддержала проект исследования мозгу, сфокусированный на анализе его активности — Blue Brain. Альтернативой методике тонких срезов является метод диффузионной МРТ, который позволяет создать общую карту направлений связей в мозге, но не дает информации о синапсах и отдельных клетках.