Охристый шмель Bombus terrestris - один из самых распространенных видов шмелей в Европе. Он активен не только в природе как опылитель - люди также используют его в теплицах и туннелях из фольги, чтобы получить хорошие урожаи помидоров или клубники.
Шмель с желтым хвостом также используется в науке: «Фундаментальные исследования все чаще используют его в качестве модельного организма для анализа обучения и памяти, зрительной системы, управления полетом и навигационных способностей», - говорит доктор Керам Пфайффер. Профессор нейробиологии в Биоцентре Университета Юлиуса-Максимилиана (JMU) Вюрцбурга в Баварии, Германия.
Пфайффер исследует нейронную основу пространственной ориентации у насекомых. Вместе со своей докторанткой Лизой Ротер и международной командой он сейчас представляет первый атлас мозга желтохвостого шмеля, основанный на данных компьютерной томографии (КТ), в журнале Cell and Tissue Research..
Надин Крафт и руководитель группы Эмми Нётер д-р Бэзил эль-Джунди (оба JMU), а также д-р Ричард Дж. Гилл и д-р Дилан Смит из Имперского колледжа в Лондоне также принимали участие в работе.
Данные усреднены по мозгам десяти шмелей
Для создания атласа исследовательская группа сделала микро-КТ изображения десяти голов желтохвостых шмелей. Из них они сначала извлекли данные изображения, показывающие мозг. В каждом из этих наборов данных 30 областей мозга шмеля были вручную реконструированы в трех измерениях. Затем на высокопроизводительном вычислительном кластере Джулии JMU был рассчитан стандартный мозг из десяти наборов данных на основе их средних значений.
Результат можно посмотреть в общедоступной базе данных насекомых:
«Атлас будет использоваться для исследований, в которых анализируются нейронные цепи. Функциональные принципы таких цепей часто в целом действительны, поэтому они также встречаются, например, у людей», - объясняет Пфайффер.
Micro-CT предлагает преимущества
Подобные атласы мозга уже существуют для ряда других видов насекомых. Однако ни один из них не основан на микро-КТ изображениях, а является комбинацией иммунного окрашивания синаптических областей и конфокальной микроскопии..
По сравнению с микро-КТ этот метод имеет два недостатка: во-первых, разрешение в направлении z (спереди назад) намного ниже, чем разрешение в поперечном направлении. Во-вторых, мозг должен быть вскрыт для иммунного окрашивания. При этом внешние области мозга, в частности, могут быть повреждены и могут сместиться.
Микро-КТ позволяет оставить мозг животного. Таким образом, все детали остаются целыми и в естественном положении. Кроме того, разрешение изображений микро-КТ одинаково во всех направлениях. Это упрощает последующую вставку нейронных данных и обеспечивает более подробную информацию, если смотреть сбоку.
Цель: объединить оба метода
«В настоящее время мы также работаем над атласом мозга шмелей, используя обычный метод конфокальной микроскопии», - говорит Пфайффер. Преимущество этого метода - по крайней мере, на данный момент - в том, что контрастность и разрешение данных лучше.
Чтобы объединить преимущества обоих методов, атлас, созданный традиционным способом, в конце будет зарегистрирован в атласе микро-КТ. В результате получится атлас с высоким разрешением и высокой контрастностью, а также с реалистичным пространственным положением отдельных областей мозга по отношению друг к другу.
На данный момент для окрашивания отдельных нервных клеток доступны только стандартные микроскопические методы. Данные, собранные этими методами, могут быть вставлены в стандартный мозг только с ограничениями. «Поэтому мы хотим разработать протоколы окрашивания, которые позволят регистрировать нейронные структуры непосредственно с помощью микро-КТ», - объявляет нейробиолог JMU.