科学家首先编译了果蝇大脑的3D模型

黑腹果蝇（来源：geo.ru）科学家们

研究人类和动物的神经系统已有数百年的历史了。当然，在这段时间内，人们开始更好地理解单个神经细胞及其组成的整个系统的工作原理。但是要充分理解仍然是远远的。

该研究是基于“从简单到复杂”的原理进行的：例如，如果无法立即了解人脑的工作原理，那么专家们将研究简单生物的大脑。东海大学的科学家选择了果蝇大脑作为研究对象。

甚至果蝇这样的小昆虫的大脑也是一个非常复杂的系统。为了建立这种器官的三维模型，科学家花费了很长时间。现在，专家们正在使用许多技术，这些技术可以毫无问题地研究大脑的结构。例如，科学家使用荧光物质突出单个神经元。电子显微镜还有助于研究大脑，在神经水平上显示其结构。

在单个神经元被“映射”之后，分析所得图像以组成单个系统。神经元之间的连接映射和大脑模型的编译是此类工作的最终目标。所有这些都是必要的，以便了解所有事物如何与所有事物联系在一起以及它们如何工作。



大脑的3D计算机模型显示出许多神经联系。由水谷隆太（Ryuta Mizutnani）领导的东海大学（Tokai University）的一组科学家开发了一种新的方法来编译大脑的体积图。为此，使用一种特殊的物质，该物质的单个分子附着在大脑神经元上。接下来，科学家通过用X射线照射大脑来创建分子的“骨架图”。使用他们的方法，科学家们能够编辑出昆虫脑神经元网络的详细体积图。

在生物化学中，一种特殊的方法用于创建复杂有机物质的3D模型。 X射线用于创建化合物分子的“骨架图”。如果可能，专家感兴趣的化合物会结晶。然后使用X射线晶体学（X射线衍射分析）。这是使用X射线揭示晶体的分子结构。该方法基于x射线衍射现象-通过晶体的原子结构散射x射线束。

该方法还不错，但是如果物质的结构非常复杂，则需要花费大量时间来编译物质分子的3D模型。在过去的几十年中，科学家得到了计算机的帮助，该计算机可以分析物质研究过程中获得的数据。计算机系统帮助评估一个原子在三维空间中的位置，然后研究与另一个原子，然后另一个原子的关系，依此类推。该软件正在逐步建立所研究物质的模型。

水谷决定使用这种方法和软件来确定果蝇脑神经元的位置和形状。这里存在某些困难，其中之一是神经元根本不是原子。这些是复杂的对象，可以以最不寻常的方式相互关联。

为了绘制大脑图，科学家使用了一种称为X射线断层扫描的方法。这是一种基于x射线范围内线性吸收系数对物质组成和密度的依赖关系，逐层研究x射线辐射中不均匀物体结构的方法。科学家用银漆将果蝇的大脑浸透，然后用X射线辐照。一个特殊的系统有助于评估X射线的偏转。进而，这使得创建神经元吸收的染料分子的三维图成为可能。

在那之后，科学家们进入了下一阶段的工作，利用这些数据来评估大脑神经元的位置和形状。在创建果蝇脑图的过程中，使用了专用软件。例如，可以验证系统没有将两个相邻的神经元视为一个。该软件逐步编制了飞行中的大脑图，查找异常数据并检查错误。该软件的结果由操作员检查。如果出了点问题，此人可以解决问题。

最终模型显示100,000个神经元。系统跟踪了它们之​​间的15,000个链接。据科学家称，地图的绘制大约花费了1,700个工时。但是结果值得所有的努力和时间。果蝇大脑的3D模型是世界上第一个。在它的帮助下，有可能识别昆虫大脑中已知的形态，并发现科学家对其一无所知的结构。

日本人的工作对于进一步研究动物和人类的神经系统非常重要。随着时间的流逝，科学家们希望能够绘制出更复杂生物的大脑图谱。

果蝇由于其许多特性而成为研究的热门对象。一年前，一组科学家 美国霍华德·休斯医学研究所的研究人员提供了一个有趣的视频，清楚地显示了果蝇果蝇幼虫的神经活动。



科学家研究了幼虫前进和后退时的神经系统。该视频显示了从幼虫的上部到下部的信号传输，反之亦然。据专家介绍，此模型非常详细。它的创建是由于使用了新的方法来记录身体的神经活动。



为了使这一切成为可能，菲利普·凯勒（Philipp Keller）和米莎·阿伦斯（Misha Ahrens）对果蝇进行了基因改造。修改是使该生物的神经系统的每个神经元在接收或传输信号时发出荧光。移动时，使用了一个光学系统，该系统可以同时从两侧移走fly蝇幼虫。

科学工作«果蝇大脑的三维网络半球» 在发表 2016年9月8日（：10.1016 / j.jsb.2013.08.012 DOI）。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN397693/