Des chercheurs ont publié le neurone de mouche des fruits le plus détaillé

résumé: Les chercheurs ont dévoilé le réseau neuronal le plus complet du cordon nerveux de la mouche des fruits adulte, qui est similaire à la moelle épinière humaine, fournissant une ressource exceptionnelle pour la communauté scientifique.

Le réseau de neurones, composé d’environ 23 000 neurones, révèle le réseau complexe qui contrôle les fonctions motrices de la mouche. De nouvelles informations ont déjà émergé des données, remettant en question les théories antérieures sur le trafic aérien.

Cette réalisation fait non seulement progresser la compréhension des neurosciences de la drosophile, mais sert également de modèle pour de futurs projets similaires.

Faits marquants:

1. Le cordon nerveux de la drosophile comprend environ 23 000 neurones, 10 millions de sites pré-synaptiques et 74 millions de densités post-synaptiques.
2. Il s’agit du réseau neuronal le plus profond et le plus complet des cordons nerveux de la drosophile adulte à ce jour.
3. Le réseau de neurones a déjà révélé que certains comportements impliquant les mêmes muscles utilisent des microcircuits pré-moteurs, contredisant les théories existantes.

source: Campus de recherche Janelia

Déjà cette année, des chercheurs ont publié un schéma de câblage du cerveau d’une larve de mouche des fruits. Les connexions neuronales du cerveau et du lobe optique de la mouche femelle adulte sont attendues en 2023, le réseau neuronal complet de la mouche adulte devant être bientôt achevé.

Le 6 juin, des scientifiques et des collaborateurs de Janelia aux États-Unis et au Royaume-Uni ont ajouté une autre pièce au puzzle du réseau neuronal avec la révélation du schéma de câblage du cordon nerveux mâle adulte, surnommé MANC.

Neural Network, un effort conjoint de L’équipe du projet FlyEM de Janelia et collaborateurs, est détaillé dans des publications antérieures sur bioRxiv et est disponible gratuitement pour les chercheurs du monde entier via Janelia. sites Internet.

Avec environ 23 000 neurones, 10 millions de sites pré-synaptiques et 74 millions de densités post-synaptiques, le MANC est le réseau neuronal le plus profond et le plus complet du cordon nerveux d’une mouche des fruits adulte – une structure similaire à la moelle épinière humaine qui contrôle la plupart des il. des fonctions motrices de la mouche.

Les détails sans précédent de cette carte des neurones et de leurs connexions aideront les scientifiques à comprendre comment une mouche bouge ses pattes ou bat des ailes.

Si les 23 000 neurones qui composent le réseau neuronal du MANC étaient placés bout à bout, il s’étendrait sur environ 44 mètres.

Les prépublications publiées parallèlement aux données du réseau neuronal décrivent les différents types de cellules, leurs origines et leurs connexions, ainsi que les informations biologiques qui commencent à émerger des données. La drosophile est un organisme majeur que les neuroscientifiques utilisent pour étudier le fonctionnement du système nerveux. L’existence de réseaux de neurones est donc essentielle pour révéler comment les cellules fonctionnent ensemble pour permettre le comportement.

« Une fois que vous voyez un réseau complet, vous pouvez commencer à poser de grandes questions d’organisation », déclare Gwyneth Card, chercheuse HHMI à l’Institut Zuckerman de l’Université de Columbia et ancienne dirigeante du groupe Janelia, qui a aidé à diriger le projet.

Le MANC et d’autres réseaux neuronaux lancés suivent les traces du réseau semi-neural publié par les scientifiques de Janelia en 2020. À l’époque, l’hémicerveau – une partie du cerveau d’une mouche adulte – était le schéma de câblage le plus grand et le plus complet jamais réalisé. , un exploit que beaucoup pensaient impossible à réaliser.

La libération de la paralysie cérébrale a conduit à un soutien et à un intérêt accrus pour les efforts du réseau neuronal. Les chercheurs comblent maintenant les pièces manquantes d’une moitié du cerveau, et l’objectif de cartographier l’ensemble du système nerveux central des mouches des fruits mâles et femelles est à portée de main.

« Ce train continuera de rouler », dit Card. « Vous ne voyez que le début. »

Construction MANC

Le réseau neuronal MANC a été créé à l’aide de méthodes similaires à celles utilisées pour cartographier l’hémisphère, dans lesquelles l’équipe de Janelia prépare l’échantillon de cordon nerveux et l’imagerie couche par couche de tranches d’un nanomètre d’épaisseur sur des microscopes électroniques à balayage à faisceau ionique focalisé. Les algorithmes et les ordinateurs de Google ont assemblé les images et ont fait la première passe pour identifier les neurones.

Ensuite, une équipe de Janelians et de collaborateurs s’est attelée à corriger les données – un effort manuel pour assurer la forme et la connectivité correctes des neurones, l’une des parties les plus chronophages du processus. En raison de la pandémie de COVID-19, l’équipe a développé un logiciel pour fonctionner sur des ordinateurs personnels. Ceci, combiné au financement supplémentaire du Wellcome Trust, signifie que les collaborateurs internationaux peuvent plus facilement participer à cet effort.

« Parce qu’il a été entièrement audité et que nous pouvons trouver tous les mêmes neurones à droite et à gauche de la mouche, nous pouvons dire à nos collègues: » Vous pouvez faire confiance à cela «  », déclare Greg Jeffress, neuroscientifique au Laboratoire de biologie moléculaire du MRC. et l’Université de Cambridge et chef d’un autre projet dont il fait partie, le comité directeur de l’équipe du projet FlyEM.

Les chercheurs de Cambridge ont également identifié les différents types de cellules, telles qu’elles se trouvent le long du corps de la mouche, et les cellules souches dont elles sont issues, ce qui a aidé à démêler certains des principes d’organisation.

« Le cordon nerveux ventral est essentiellement considéré comme une boîte noire », explique Lisa Marin, assistante de recherche à l’Université de Cambridge qui a dirigé l’effort de typage cellulaire.

La grande majorité des neurones ne sont pas reconnus. Une grande partie de notre processus consistait donc à diviser ces groupes en groupes plus petits, puis à examiner la connexion. »

L’examen des données du réseau de neurones commence déjà à révéler quelques surprises. Card et son équipe ont découvert que certains comportements impliquant les mêmes muscles utilisent des microcircuits pré-moteurs, et non les mêmes circuits, comme on le pensait auparavant.

Jeffress et son équipe ont décrit les circuits complexes et répétitifs qui contrôlent les jambes et ont découvert, de manière surprenante, que les interconnexions qui coordonnent les jambes différaient des modèles actuels.

De nombreuses autres informations du MANC se produiront alors que d’autres chercheurs commenceront à étudier les données, qui peuvent être consultées via les outils en ligne neuPrint et Clio développés à Janelia.

« De toute évidence, ces réseaux de neurones sont très riches et ce n’est vraiment que le point de départ pour essayer de comprendre comment fonctionne ce système », explique Card. « Il faudrait que toute la communauté aille en profondeur pour obtenir un large éventail de comportements différents que les gens étudient dans différents contextes, pour explorer ce réseau. C’est ainsi que nous intérioriserons des principes supérieurs. »

Outre les connaissances scientifiques à acquérir, le projet sert également de modèle pour d’autres groupes qui s’efforcent de créer des réseaux de neurones.

« Ce type de collaboration va être absolument essentiel lorsque les gens commenceront à se lancer dans les réseaux neuronaux de souris et des choses comme ça », déclare Lou Scheffer, scientifique principal chez Janelia et membre de l’équipe FlyEM.

« Il n’y a aucun moyen concevable qu’une seule organisation puisse faire cela, et c’est donc un prototype pour ce type de collaboration. »

ensembles de données : https://www.janelia.org/project-team/flyem/manc-connectome

À propos de cette recherche dans Neuroscience News

auteur: carte gwyneth
source: Campus de recherche Janelia
communication: Carte Gwyneth – Campus de recherche Janelia
image: Image du haut créditée à Neuroscience News. Image de l’article créditée à FlyEM/Janelia Research Campus

Recherche originale : Accès fermé.
« Un connectome du cordon nerveux ventral de la drosophile mâleÉcrit par Shin-ya Takemura et al. bioRXiv

Accès fermé.
« L’annotation systématique d’un réseau neuronal complet de cordon nerveux de drosophile révèle les principes d’organisation fonctionnellePar Elizabeth C. Marin et al. bioRXiv

un résumé

Un connectome du cordon nerveux ventral de la drosophile mâle

Le comportement animal s’exprime principalement par le contrôle neuromusculaire. Par conséquent, comprendre comment le cerveau contrôle le comportement nécessite de cartographier les circuits neuronaux jusqu’aux motoneurones.

Nous avons précédemment établi une technique pour collecter des ensembles de données de microscopie électronique à grande échelle de tissu neural et pour reconstruire la morphologie des neurones et leurs synapses chimiques dans tout le volume. Avec ces outils, nous avons créé un schéma de câblage dense, ou réseau de neurones, pour une grande partie de notre Drosophile cerveau central.

Cependant, chez la plupart des animaux, y compris la mouche, la majorité des motoneurones sont situés à l’extérieur du cerveau dans un centre nerveux plus proche du corps, comme la moelle épinière des mammifères ou le cordon nerveux ventral des insectes (VNC).

Dans cet article, nous étendons nos efforts pour cartographier des circuits neuronaux entiers pour le comportement en générant un réseau neuronal à partir du VNC d’une mouche mâle.

un résumé

L’annotation systématique d’un réseau neuronal complet de cordon nerveux de drosophile révèle les principes d’organisation fonctionnelle

Notre article complémentaire (Takemura et al., 2023) présente le premier réseau de neurones entièrement corrigé pour le cordon nerveux d’un animal qui peut marcher ou voler. Le réseau neuronal de base est constitué de la morphologie des neurones et des connexions entre eux.

Cependant, afin de naviguer et de comprendre efficacement ce réseau de neurones, il est nécessaire de disposer d’un système d’annotations qui classent et étiquettent systématiquement les neurones et les relient à la littérature existante.

Dans cet article, nous décrivons une annotation complète d’un réseau VNC, d’abord à travers un système d’annotations hiérarchiques grossières, puis en regroupant des neurones homogènes de gauche à droite et séquentiels, et enfin en définissant des types de cellules régulières pour les neurones intrinsèques et les neurones sensoriels pour VNC ; Les neurones afférents et moteurs sont typés (Cheong et al., 2023).

Nous cartographions une modalité sensorielle sur plus de 5 000 neurones sensoriels, les regroupons par contact et identifions des types cellulaires homologues séquentiels et une organisation multicouche susceptible de correspondre à la topographie périphérique. Nous identifions les neuroblastes développementaux d’origine pour la grande majorité des neurones VNC et confirmons que (dans la plupart des cas) tous les neurones secondaires de chaque lignée transcriptionnelle expriment un seul neurotransmetteur.

Les neuroblastes de l’ourlet se répètent séquentiellement le long des segments du cordon nerveux et montrent généralement une communication hémisphérique ligne à lin cohérente à travers les neurones, soutenant l’idée que l’ourlet est une caractéristique régulatrice clé du VNC.

Nous avons également constaté que plus d’un tiers des neurones individuels appartenaient à des types de cellules homozygotes séquentielles, ce qui était nécessaire pour identifier les motoneurones et les neurones sensoriels à travers les neurones des jambes. La classification des interneurones selon leurs schémas d’innervation fournit un axe régulateur supplémentaire.

Plus de la moitié des neurones intrinsèques du VNC semblent appartenir à deux jambes, la majorité étant limitée aux neurones à une seule jambe; En revanche, les interneurones inhibiteurs reliant différents neurones souches, en particulier ceux qui traversent la ligne médiane, semblent être plus rares que ne le prédisent les modèles standard de circuits moteurs.

Les annotations sont publiées dans le cadre de l’application Web neuprint.janelia.org et servent également de base à l’analyse programmatique du réseau de neurones via les outils personnalisés que nous décrivons dans cet article.