Коннектом самца плодовой мушки картирует 166,691 нейронов мозга и нервного тяжа

Google Research, Исследовательский кампус Janelia Медицинского института Говарда Хьюза и международная группа соавторов опубликовали коннектом центральной нервной системы взрослого самца плодовой мушки с разрешением на уровне синапсов. Реконструкция включает 166,691 вручную проверенных нейронов, охватывающих центральный мозг, обе зрительные доли и брюшной нервный тяж — структуру насекомых, которую обычно сравнивают со спинным мозгом позвоночных.

Google характеризует этот ресурс как крупнейшую на сегодняшний день карту мозга по числу вручную проверенных нейронов. В ней насчитывается приблизительно 125 миллионов синаптических соединений и 11,691 аннотированных типов нейронов. Сопутствующее исследование вышло в *Cell* 3 сентября 2026 года, а Google AI публично рассказала о работе 9 сентября.

Результат не является симуляцией сознания мушки. Это структурная карта, показывающая нейроны, их форму и физические соединения, по которым могут передаваться сигналы. Её непосредственная ценность в том, что исследователи теперь могут прослеживать непрерывные пути от сенсорных входов через высшие отделы мозга к цепям, связанным с движением и другими действиями организма.

1. Что содержит новый коннектом

Набор данных MaleCNS реконструирует центральную нервную систему одного взрослого самца *Drosophila melanogaster*. Он охватывает центральный мозг, зрительные доли, обрабатывающие зрительную информацию, шейный коннектив и брюшной нервный тяж.

Такая непрерывность охвата важна. Более ранние коннектомы часто отдельно картировали мозг или нервный тяж, поэтому при изучении полных сенсорно-моторных путей исследователям приходилось сопоставлять нейроны из разных образцов и наборов данных. MaleCNS сохраняет связь между мозгом и нервным тяжом в одном образце, позволяя проследить цепь без пересечения искусственной границы между двумя реконструкциями.

Проект продолжает ряд более ранних достижений. Реконструкция «полумозга» 2020 года охватывала приблизительно 25,000 нейронов и 21 миллион соединений в части мозга самки мушки. В 2024 году консорциум FlyWire опубликовал полный мозг взрослой самки, содержащий 139,255 нейронов и 54.5 миллиона синапсов. Отдельный набор данных Brain and Nerve Cord 2026 года впоследствии объединил мозг самки и брюшной нервный тяж; в этом ресурсе сообщалось о 155,916 вручную проверенных или приблизительно проверенных нейронах.

Таким образом, MaleCNS — не первый полный мозг плодовой мушки и не первая реконструкция мозга и нервного тяжа. Его отличительные особенности — завершённая центральная нервная система самца, наибольшее опубликованное число вручную проверенных нейронов на карте мозга и эталон, который можно сравнивать с существующими коннектомами самок с разрешением до отдельного синапса.

Слово «полный» также требует оговорки. Авторы используют его для описания анатомического охвата реконструкции и учёта практически всех прослеживаемых нейронов, а не для утверждения, что каждая биологическая деталь безошибочна. Небольшое число клеток не удалось реконструировать из-за артефактов на краях образца или проблем сегментации.

В исследовании сообщается, что 94% пресинаптических участков и 42% постсинаптических участков в регионах нейропиля были связаны с вручную проверенными нейронами. Для 40.1% обнаруженных синаптических соединений обе стороны принадлежали вручную проверенным нейронам. Эти показатели сопоставимы с показателями более ранних крупных коннектомов или превосходят их, однако они ясно показывают, что «полная схема связей» не означает идеальный учёт каждого синапса.

2. Как ИИ и ручная проверка создали карту

Реконструкция началась с улучшенной сканирующей электронной микроскопии со сфокусированным ионным пучком. Семь микроскопических систем работали 13 месяцев, чтобы снять объём 0.082 кубического миллиметра с изотропным разрешением восемь нанометров. Полученный набор данных содержал приблизительно 160 теравокселей.

Вычислительные системы выровняли микроскопические изображения в согласованный трёхмерный объём. Затем сети flood-filling от Google выполнили первоначальную сегментацию нейронов. Эти свёрточные нейронные сети начинают с точки на изображении и предсказывают, какие окружающие пиксели принадлежат тому же биологическому объекту, позволяя вычислительно разделять длинные переплетённые нейронные отростки.

Алгоритмы также обнаруживали вероятные синапсы, ядра и свойства нейромедиаторов. Эти предсказания преобразовали объём электронной микроскопии в кандидатные формы нейронов и соединения, которые могли изучать специалисты.

ИИ не устранил необходимость ручной реконструкции. Автоматическая сегментация может ошибочно объединить два нейрона или разбить один нейрон на несколько фрагментов, и такие ошибки способны исказить любой последующий анализ связности. Поэтому эксперты-люди проверяли полученные структуры, исправляли ошибки сегментации и присваивали аннотации анатомии и типов клеток.

Согласно оценке статьи, ручная проверка первоначальной сегментации потребовала около 44 человеко-лет работы. Исследователи проверили каждый автоматически сегментированный фрагмент с более чем 100 синаптическими соединениями и использовали обнаруженные клеточные ядра как дополнительный механизм учёта. Из 141,780 обнаруженных ядер, связанных с нейронами, 98.9% были напрямую присоединены к вручную проверенному нейрону; команда оценила, что почти все остальные также были охвачены проверкой на основе фрагментов.

Именно это разделение труда составляет главный результат в области ИИ, стоящий за объявлением. Машинное обучение сделало возможным преобразование нанометрового объёма изображений в кандидатные трёхмерные нейроны, но биологические эксперты по-прежнему отвечали за проверку структур и интерпретацию того, что они представляют. Следовательно, этот набор данных — научная реконструкция с поддержкой ИИ, а не результат автономной системы открытий или большой языковой модели.

3. Теперь можно сравнивать мозг самцов и самок синапс за синапсом

Карта самца впервые позволяет провести комплексное сравнение коннектомов мозга самцов и самок плодовой мушки с разрешением на уровне синапсов. Исследователи сопоставили 7,205 типов нейронов, структурно сходных между полами, классифицировали 114 общих типов как полово-диморфные и выявили 262 специфичных для самцов и 69 специфичных для самок типов.

Типы, «специфичные для пола», присутствуют у одного пола, но не имеют прямого соответствия в другом эталонном коннектоме. «Диморфные» типы существуют у обоих полов, но различаются морфологией или связностью. Вместе эти категории составляют 4.8% нейронов центрального мозга самца и 2.4% центрального мозга самки.

Относительно небольшое число заметно различающихся нейронов не отражает масштаб их влияния в сети. По оценке исследования, около 18% нейронов в мозге самца и 8% в мозге самки участвуют в соединениях, которые существенно различаются между двумя наборами данных. Специфичные для пола и диморфные нейроны также непропорционально часто соединяются друг с другом, создавая концентрированные области, где небольшие структурные изменения могут влиять на более широкие цепи.

Эти различия распределялись неравномерно. Исследователи обнаружили, что сенсорные и моторные нейроны на периферии в значительной степени сходны у самцов и самок, тогда как специфичные для пола и диморфные нейроны сосредоточены в центрах мозга высшего порядка. Некоторые цепи действуют как переключатели, направляя общую сенсорную информацию по различным нисходящим путям.

Аннотации включают информацию об экспрессии факторов транскрипции *fruitless* и *doublesex*, оба из которых связаны с половой дифференцировкой у мушек. Это даёт исследователям возможность соотносить генетическую регуляцию с идентичностью клеток, архитектурой цепей и экспериментально наблюдаемым поведением, таким как ухаживание и агрессия.

Сам по себе коннектом не может доказать, что конкретное соединение вызывает определённое поведение. Вместо этого он сужает пространство экспериментального поиска: учёные могут выявить кандидатные нейроны или пути, манипулировать ими у живых мушек и проверить, возникает ли предсказанный поведенческий эффект.

4. Открытый исследовательский ресурс, а не просто опубликованное изображение

MaleCNS версии 1.0 был выпущен 8 июня 2026 года, до появления рецензируемой статьи в сентябре. Набор данных лицензирован по CC BY и доступен для изучения через Neuroglancer, neuPrint, Clio и специализированный обозреватель типов клеток.

Исследователи также могут скачать объёмы сегментации, скелеты нейронов, аннотации, предсказания нейромедиаторов, расположение синапсов, таблицы партнёров и полный граф соединений. Janelia предоставляет программный доступ, а также загружаемую базу данных Neo4j, лежащую в основе публичного экземпляра neuPrint.

Эти варианты доступа делают коннектом полезным не только для группы, которая его построила. Лаборатория, изучающая зрение, может получить нейроны, расположенные ниже по цепи от конкретных фоторецепторов; исследователь поведения может изучить пути между сенсорными нейронами и моторными выходами; а вычислительные нейробиологи могут анализировать всю сеть, не повторяя процесс визуализации и реконструкции.

Три сопутствующих исследования, выпущенные вместе с основной статьёй, используют этот ресурс для изучения обработки зрительной информации, вкуса и социального поведения. В одном из них был картирован путь от зрительных нейронов R1–R6 к моторному нейрону DNg13, включая специфичный для самцов нейрон, связанный с «пятном любви» — специализированной зрительной областью, участвующей в ухаживании. Другие анализы прослеживают вкусовую информацию от сенсорных нейронов по всему телу к цепям, связанным с питанием, движением, выделением гормонов и ухаживанием.

Карта также предоставляет стандартизированные типы клеток, которые можно сопоставлять с изображениями световой микроскопии, генетическими драйверными линиями, физиологическими записями и предыдущими коннектомами. Такая совместимость важна, поскольку структурное предсказание становится экспериментально полезным только тогда, когда исследователи могут идентифицировать и манипулировать соответствующими клетками у живых животных.

5. Что карта объясняет — и чего не объясняет

Коннектом фиксирует физическую проводку, а не полное состояние функционирующей нервной системы. Он не отражает напрямую изменяющуюся во времени электрическую активность, нейромодуляцию, обучение, синаптическую пластичность или влияние истории и внутреннего состояния мушки. Поэтому карта сама по себе не может воспроизвести поведение мушки или установить, что «означает» отдельный нейрон.

Реконструкция также представляет один образец самца. Сравнения с наборами данных самок включают реальные различия, связанные с полом, обычную вариативность между отдельными животными и возможные различия, внесённые методами визуализации или реконструкции. Исследователи использовали морфологию, связность и известные генетические маркеры для консервативного сопоставления, однако для измерения вариаций на уровне популяции потребуются дополнительные коннектомы самцов и самок.

Его практический вклад более ограничен и проверяем. MaleCNS даёт нейробиологам общий, доступный для изучения эталон для формирования гипотез о том, как сенсорная информация достигает моторных и поведенческих цепей. Он также демонстрирует, что сегментация с поддержкой ИИ, масштабная электронная микроскопия и структурированная ручная проверка могут создать карту всей центральной нервной системы, содержащую более 166,000 проверенных нейронов.

Частые вопросы

Это первая полная карта мозга плодовой мушки?

Нет. В 2024 году исследователи опубликовали коннектом мозга взрослой самки из 139,255 нейронов. MaleCNS — первый завершённый коннектом всей центральной нервной системы самца плодовой мушки и крупнейшая карта мозга по числу вручную проверенных нейронов.

Включает ли набор данных спинной мозг мушки?

Он включает брюшной нервный тяж — структуру насекомых, аналогичную спинному мозгу позвоночных, — вместе с неповреждённым шейным соединением с мозгом.

ИИ картировал нервную систему без помощи людей?

Нет. Системы ИИ выравнивали изображения, сегментировали нейроны и обнаруживали кандидатные синапсы, но специалисты потратили, по оценке, 44 человеко-лет на ручную проверку структур и добавление аннотаций.

Является ли коннектом работающей симуляцией плодовой мушки?

Нет. Это структурная схема связей. Для моделирования поведения дополнительно требуются модели нейронной активности, синаптической динамики, сенсорного ввода, мышц и взаимодействия тела с окружающей средой.

Могут ли исследователи скачать данные?

Да. Janelia предоставляет загружаемые объёмы, аннотации, скелеты нейронов, таблицы связности, данные о синапсах и выгрузки базы данных по лицензии CC BY.

Источники

• Оригинальное объявление Google AI в X
• Google Research: Веха в коннектомике — картирование полного мозга самца плодовой мушки
• Запись о публикации Google Research: Половой диморфизм в полном коннектоме центральной нервной системы самца Drosophila
• Полная научная статья в PubMed Central
• HHMI Janelia: коннектом центральной нервной системы самца
• Документация по скачиванию MaleCNS версии 1.0
• Nature: Схема нейронных связей взрослого мозга
• Nature: Распределённые цепи управления в коннектоме мозга и нервного тяжа
• Live Science: Карта центральной нервной системы самца мушки позволяет напрямую сравнивать её с мозгом самки