Naukowcy z pomocą AI Google zmapowali cały układ nerwowy samca muszki owocowej

Zespół naukowców z Janelia Research Campus, Uniwersytetu Cambridge i Google Research opublikował 3 września 2026 roku najpełniejszą jak dotąd mapę układu nerwowego samca muszki owocowej Drosophila melanogaster. Konektom obejmuje mózg, oba płaty wzrokowe i sznur nerwowy - odpowiednik kręgosłupa u owada - i po raz pierwszy pozwala prześledzić bezpośrednią drogę sygnału od oczu aż po nogi w jednym, ciągłym zbiorze danych.

Dane powstały z tysięcy ultracienkich skrawków tkanki mózgowej sfotografowanych pod mikroskopem elektronowym, a następnie cyfrowo połączonych w spójny model przestrzenny. Prace prowadził zespół FlyEM z Janelia Research Campus należącej do Howard Hughes Medical Institute wspólnie z Cambridge Drosophila Connectomics Group przy MRC Laboratory of Molecular Biology. Wyniki jednocześnie ukazały się w dwóch recenzowanych czasopismach naukowych, co samo w sobie podkreśla skalę materiału.

Co pokazuje konektom

Konektom to pełna mapa połączeń między neuronami - odpowiednik schematu elektrycznego dla żywego mózgu. W przypadku samca muszki owocowej naukowcy prześledzili 166 700 komórek nerwowych połączonych ponad 124 milionami synaps, katalogując przy tym około 11 tysięcy odrębnych typów neuronów. Analiza pokazała, że przetwarzanie obrazu angażuje ponad połowę wszystkich typów neuronów w mózgu i sięga znacznie głębiej niż wcześniej sądzono, poza tradycyjnie wydzielone płaty wzrokowe. Po raz pierwszy udało się też połączyć w jednym, bezszwowym modelu mózg z płatami wzrokowymi oraz sznurem nerwowym, czyli strukturą sterującą ruchem nóg i skrzydeł - wcześniejsze mapy, w tym opublikowany w 2020 roku hemibrain obejmujący około 25 tysięcy neuronów, pokazywały tylko fragmenty układu nerwowego.

Rola sztucznej inteligencji Google

Ręczne prześledzenie milionów połączeń na podstawie zdjęć mikroskopowych byłoby praktycznie niewykonalne - szacunki sprzed lat mówiły o pracy 500 osób przez dekadę. Zespół Connectomics w Google Research opracował algorytmy uczenia maszynowego do automatycznej segmentacji obrazów z mikroskopii elektronowej, czyli rozpoznawania granic poszczególnych neuronów i synaps na milionach mikroskopijnych przekrojów. Eksperci z Janelia i Cambridge weryfikowali i etykietowali wyniki, ale to automatyzacja pozwoliła skrócić proces około tysiąckrotnie względem pierwotnych szacunków.

Google rozwija te metody dalej - w równoległym projekcie zespół badawczy firmy zaprezentował model MoGen, generujący syntetyczne kształty neuronów do trenowania sieci rekonstruujących obwody mózgowe. W testach na tkance mysiej syntetyczne neurony obniżyły liczbę błędów rekonstrukcji o 4,4 procent, co przy skali całego mysiego mózgu odpowiada oszczędności rzędu 157 osobolat ręcznej korekty. Google opublikował też serię materiałów wizualnych pokazujących, jak wygląda praca nad konektomem muszki, podkreślając rolę AI w przyspieszeniu neuronauki.

Różnice między samcem a samicą

Kluczowym powodem, dla którego naukowcy zdecydowali się zmapować także układ nerwowy samca, było umożliwienie bezpośredniego porównania z konektomem samicy, opublikowanym w 2024 roku przez zespoły z Princeton i Cambridge w ramach projektu FlyWire i obejmującym około 140 tysięcy neuronów. Analiza pokazała, że obwody czuciowe i ruchowe na obrzeżach układu nerwowego są niemal identyczne u obu płci, natomiast różnice koncentrują się w wyższych ośrodkach mózgu.

Około 100 neuronów swoistych dla samców tworzy silnie splecioną sieć w centralnej części mózgu, koordynującą zachowania godowe i agresywne charakterystyczne dla tej płci - na przykład to, że samce atakują rywali doskokiem, podczas gdy samice reagują uderzeniem głową. Choć te neurony stanowią tylko niewielki ułamek wszystkich komórek nerwowych, ich dymorfizm rozprzestrzenia się dalej przez sieć połączeń, potwierdzając tezę, że nawet niewielkie różnice w obwodach mogą wpływać na działanie całego mózgu.

Te dwa zbiory danych dają badaczom pierwszą okazję, by przeanalizować obie płcie społecznie złożonego zwierzęcia na poziomie pojedynczych komórek - Gerry Rubin, Janelia Research Campus (HHMI)

Droga od pomysłu do mapy

Prace nad konektomem muszki owocowej ruszyły w Janelia już w 2008 roku, gdy większość neuronaukowców podchodziła do pomysłu ze sceptycyzmem - dostępna wówczas technologia sugerowała, że kompletne odwzorowanie mózgu owada zajęłoby dekadę pracy pięciuset osób. Przełom przyniosła kombinacja lepszej mikroskopii elektronowej, rozwijanej pod kierunkiem Haralda Hessa, oraz algorytmów segmentacji obrazu tworzonych wspólnie z Google. Pierwszy częściowy wynik, hemibrain z 2020 roku, udowodnił wykonalność projektu i zainspirował setki kolejnych badań na świecie.

To pozwala nam przejść od oczu do nóg w jednym kroku - Greg Jefferis, MRC Laboratory of Molecular Biology, Cambridge

Znaczenie dla neuronauki i medycyny

Muszka owocowa ma zaledwie około 200 tysięcy neuronów wobec 86-120 miliardów w mózgu człowieka, ale jej układ nerwowy odpowiada za zaskakująco złożone zachowania - nawigację, uczenie się, agresję czy zaloty - i jest wystarczająco mały, by dało się go opisać w całości. Naukowcy liczą, że reguły rządzące obwodami muszki przełożą się na hipotezy testowane później w mózgach ssaków, w tym myszy i docelowo człowieka. Dla samego rozwoju sztucznej inteligencji projekt jest też dowodem na to, że automatyczna analiza obrazu i uczenie maszynowe potrafią wykonać pracę, która jeszcze kilkanaście lat temu wydawała się fizycznie niewykonalna dla zespołów ludzkich - podobnie jak wcześniej stało się to w przypadku przewidywania struktur białek przez systemy typu AlphaFold.

Zespół Janelia zapowiedział już kolejne kroki: trwa rekonstrukcja pełnego konektomu samicy w tym samym, rozszerzonym zakresie co u samca, a inne grupy badawcze w ośrodku pracują nad mapami połączeń mózgu innych gatunków, w tym larw danio pręgowanego i przezroczystej ryby z rodzaju Danionella, jako kolejnych kroków w stronę mapowania znacznie większych mózgów kręgowców.