Les scientifiques ont d'abord compilé un modèle 3D du cerveau de la drosophile

Drosophile à ventre noir (source: geo.ru) Les scientifiques

étudient le système nerveux des humains et des animaux depuis des centaines d'années. Bien sûr, pendant ce temps, une personne a commencé à mieux comprendre le principe de fonctionnement des cellules nerveuses individuelles et l'ensemble du système qui la compose. Mais à une pleine compréhension est encore loin.

L'étude est menée sur le principe du «du simple au complexe»: s'il n'est pas possible de comprendre immédiatement le fonctionnement du cerveau humain, par exemple, alors les spécialistes étudient le cerveau de créatures plus simples. Des scientifiques de l'Université de Tokai ont choisi le cerveau de drosophile comme objet d'étude.

Le cerveau même d'un si petit insecte que la drosophile est un système très complexe. Pour construire un modèle tridimensionnel de cet organe, les scientifiques ont mis beaucoup de temps. Maintenant, les experts travaillent avec un certain nombre de techniques qui permettent d'étudier la structure du cerveau sans aucun problème. Par exemple, les scientifiques utilisent des substances fluorescentes qui mettent en évidence les neurones individuels. Un microscope électronique contribue également à l'étude du cerveau, montrant sa structure au niveau neuronal.

Une fois les neurones individuels «cartographiés», les images résultantes sont analysées pour composer un seul système. La cartographie des connexions entre les neurones et la compilation d'un modèle cérébral est le but ultime d'un tel travail. Tout cela est nécessaire pour comprendre comment tout est lié à tout et comment tout fonctionne.



Un modèle informatique 3D du cerveau montre de nombreuses connexions neuronales. Une équipe de scientifiques de l'Université de Tokai, dirigée par Ryuta Mizutnani, a développé une nouvelle méthode pour compiler une carte volumétrique du cerveau. Pour cela, une substance spéciale est utilisée, dont des molécules individuelles sont attachées aux neurones du cerveau. Ensuite, les scientifiques créent une «carte squelettique» des molécules en irradiant le cerveau avec des rayons X. Grâce à leur méthode, les scientifiques ont pu compiler une carte volumétrique détaillée du réseau de neurones du cerveau des insectes.

En biochimie, une méthode spéciale est utilisée pour créer des modèles 3D de substances organiques complexes. Les rayons X sont utilisés pour créer une «carte squelettique» d'une molécule composée. Si possible, le composé qui intéresse les spécialistes se cristallise. Et puis la cristallographie aux rayons X (analyse de diffraction des rayons X) est utilisée. C'est l'utilisation de rayons X pour révéler la structure moléculaire d'un cristal. La méthode est basée sur le phénomène de diffraction des rayons X - diffusion d'un faisceau de rayons X par la structure atomique du cristal.

Cette méthode n'est pas mauvaise, mais si la structure de la substance est très complexe, il faut beaucoup de temps pour compiler un modèle 3D de la molécule de la substance. Au cours des deux dernières décennies, les scientifiques ont été aidés par des ordinateurs qui analysent les données obtenues lors de l'étude d'une substance. Les systèmes informatiques permettent d'évaluer la position d'un atome dans un espace tridimensionnel, puis d'étudier la relation avec un autre atome, puis un autre, etc. Le logiciel construit progressivement un modèle de la substance étudiée.

Mizutani a décidé d'utiliser cette méthode et ce logiciel pour déterminer l'emplacement et la forme des neurones cérébraux de la drosophile. Il y a certaines difficultés ici, dont l'une est que les neurones ne sont pas du tout des atomes. Ce sont des objets complexes qui peuvent être commercialisés entre eux de la manière la plus inhabituelle.

Pour construire une carte du cerveau, les scientifiques ont utilisé une méthode appelée tomographie aux rayons X. Il s'agit d'une méthode d'étude couche par couche de la structure d'objets inhomogènes dans le rayonnement des rayons X, basée sur la dépendance du coefficient d'absorption linéaire dans la gamme des rayons X de la composition et de la densité de la substance. Les scientifiques ont imprégné le cerveau de la mouche des fruits avec de la peinture argentée, puis ont été éclairés par des rayons X. Un système spécial a permis d'évaluer la déviation des rayons X. Et cela, à son tour, a permis de créer une carte tridimensionnelle des molécules de colorant absorbées par les neurones.

Après cela, les scientifiques sont passés à l'étape suivante des travaux, en utilisant ces données pour évaluer l'emplacement et la forme des neurones cérébraux. Dans le processus de création d'une carte cérébrale de la drosophile, un logiciel spécial a été utilisé. Il a permis de vérifier que le système ne considère pas deux neurones adjacents comme un par exemple. Le logiciel a progressivement compilé une carte du cerveau de la mouche, recherchant des données anormales et vérifiant les erreurs. Le résultat du logiciel a été vérifié par l'opérateur humain. Si quelque chose n'allait pas, la personne a corrigé le problème.

Le modèle final montre100 000 neurones. Le système a suivi 15 000 liens entre eux. La création de la carte, selon les scientifiques, a pris environ 1 700 heures-homme. Mais le résultat valait tous les efforts et le temps. Le modèle 3D du cerveau de la drosophile est le premier au monde. Avec son aide, il a été possible d'identifier des formations déjà connues dans le cerveau d'un insecte, ainsi que de découvrir des structures dont les scientifiques ne savaient rien.

Le travail des Japonais est très important pour une étude plus approfondie du système nerveux des animaux et des humains. Au fil du temps, les scientifiques espèrent créer une carte du cerveau d'organismes plus complexes.

La drosophile, en raison d'un certain nombre de ses caractéristiques, est un objet d'étude populaire. Un an plus tôt, une équipe de scientifiques du Howard Hughes Medical Institute aux États-Unis a présenté une vidéo intéressante qui montre clairement l'activité nerveuse de la larve de mouche des fruits de la drosophile.



Les scientifiques ont étudié le système nerveux de la larve tout en se déplaçant vers l'avant et vers l'arrière. La vidéo montre la transmission des signaux du haut du corps de la larve vers le bas et vice versa. Selon les experts, ce modèle est très détaillé. Il a été créé grâce à l'utilisation de nouvelles méthodes d'enregistrement de l'activité neuronale du corps.



Afin de rendre tout cela possible, Philipp Keller ( Philipp Keller ) et Misha Ahrens ( Misha Ahrens ) mouche des fruits génétiquement modifiés. La modification visait à rendre chaque neurone du système nerveux de cet organisme fluorescent lors de la réception ou de la transmission d'un signal. Lors du déplacement, un système optique a été utilisé, qui a permis à la larve de mouche d'être retirée simultanément des deux côtés.

L'ouvrage scientifique «Réseau tridimensionnel de l'hémisphère cérébral de la drosophile» a été publié le 8 septembre 2016 (DOI: 10.1016 / j.jsb.2013.08.08.012).

Source: https://habr.com/ru/post/fr397693/