3 сентября международная команда учёных из Google Research, HHMI Janelia, Кембриджского университета и MRC Laboratory of Molecular Biology опубликовала в журнале Cell полную карту центральной нервной системы взрослого самца дрозофилы — набор данных MaleCNS v1.0. В нём указано более 166 тысяч нейронов и около 125 миллионов синаптических связей, что делает его самым большим на сегодняшний день полностью оцифрованным мозгом по количеству нервных клеток. Датасет выложен в открытый доступ через нейровизуализатор Neuroglancer и базу neuPrint, а сопутствующий код экспериментов размещён на GitHub.
Что такое коннектом и как его получили
Коннектом — это статическая схема соединений между нейронами, аналогичная карте проводки в электронной схеме. Для его построения учёные извлекали нервную систему мухи, нарезали её на миллионы ультратонких срезов, каждый сфотографировали под электронным микроскопом. Полученные двумерные изображения собрали алгоритмы в трёхмерную модель, после чего живые специалисты проверили и поправили реконструкцию. Результат — цифровая копия реальной архитектуры связей, но без информации о силе и динамике каждого синапса.
Почему именно дрозофила
Муха дрозофила уже более ста лет служит модельным организмом: она быстро размножается, inexpensive в содержании, обладает сложным поведением (зрение, навигация, поиск пищи, ухаживание, агрессия) при этом её нервная система содержит лишь около 166 тысяч нейронов — в миллиарды раз меньше, чем у человека. Кроме того, ранее уже были опубликованы полные коннектомы самок (hemibrain 2020, FlyWire), поэтому исследователи решили добавить данные о самце, чтобы сравнить нервные системы полов и изучить нейроны, отвечающие за различия в брачных ритуалах и агрессии.
Как цифровой мозг мухи попал в Doom и другие симуляции
Открытый доступ к датасету привёл к волне самостоятельных проектов. Энтузиасты подключили смоделированную нервную систему к различным видеоиграм и задачам: Doom, Minecraft, Bad Apple, Beat Saber, Super Mario 64, solving a Rubik’s cube, отслеживание графика биткоина, виртуальная парковка автомобиля и управление шагающим роботом Strandbeest. В наиболее известном примере — DOOMFLY — каждый кадр игры преобразуется в сигналы для виртуальной зрительной системы мухи, активность распространяется по сети из 166 700 нейронов и более 25,5 миллиона направленных связей, а определённые выходные нейроны жёстко привязаны к клавишам движения, поворота и стрельбы. Добавлена также простая система отрицательного подкрепления через стимуляцию двух дофаминовых клеток при получении урона.
Ограничения симуляции и что она на самом деле показывает
Важно понимать, что коннектом лишь описывает, какие нейроны связаны, но не говорит, как именно они работают. Поэтому в экспериментах разработчики сами выбирают математическую модель нейрона, задают, как пиксели игры попадают на фоторецепторы, прописывают правила подкрепления и решают, какие выходные нейроны отвечают за действия. Полученная система управляет поведением, но не обладает пониманием того, что такое дверь, демон или кубик Рубика — она просто реагирует на подаваемые сигналы. Таким образом, виртуальная муха не учится в биологическом смысле; авторы эксперимента сами отмечают, что доказательства обучения отсутствуют.
Мемы, дискуссии и вывод
Событие быстро превратилось в интернет‑мем: изображение трудящейся после смерти мухи, шутки о цифровом аде и о сотруднике, готовом работать за банан. Пользователи создавали разнообразные варианты — от проецирования стихов «Муха‑Цокотуху» до запуска Doom на самых необычных платформах. Несмотря на юмор, учёные подчёркивают, что открытый датасет является настоящим прогрессом в науке: он позволяет исследователям тестировать нейроморфные чипы (например, Intel Loihi 2) и сравнивать архитектуру живой нервной сети с искусственными на полном объёме данных. Что касается перспектив оцифровки человеческого мозга, то пока это остаётся далёкой целью — человеческий мозг содержит около 86 миллиардов нейронов, а построение его полного коннектома технически недостижимо; кроме того, даже схема связей не воспроизводит субъективный опыт, химию гормонов и индивидуальную биографию.
