СХЕМА СВЯЗЕЙ МУХИ НАУЧИЛАСЬ ВИДЕТЬ И СЧИТАТЬ

Какая часть того, что умеет мозг, уже записана в схеме его связей? Для одного животного этот вопрос стал проверяемым: теперь доступны полные схемы связей — коннектомы — мозга взрослой плодовой мушки. По словам авторов, это первая полная карта мозга, способного на сложное поведение. Одна из идей, которую можно проверить, — экономия проводки: эволюция должна отдавать предпочтение цепям, которые хорошо работают и при этом сводят к минимуму дорогостоящие длинные связи.

Мозг в компьютере, глаз перед ним

Эудальд Коррейг-Фрага (Eudald Correig-Fraga), Рохер Гимера (Roger Guimerà) и Марта Салес-Пардо (Marta Sales-Pardo) из Университета Ровира-и-Вирхили в Таррагоне (Каталония) взяли за основу выверенный коннектом Drosophila melanogaster: 139 255 нейронов и 54,5 миллиона синаптических связей.

Сначала по тем же данным они воссоздали фасеточный глаз мухи. По положению фоторецепторов они реконструировали каждый омматидий — одну из маленьких единиц глаза — и то, какую часть поля зрения он видит. Каждому типу фоторецепторов присвоили измеренную цветовую чувствительность, сдвинутую на 200 нанометров, чтобы можно было использовать обычные красно-зелёно-синие изображения; при этом ультрафиолетовый канал мухи превращается в синий.

От изображения к решению: цветные точки считываются реконструированным фасеточным глазом, затем активность проходит по настоящей схеме связей к клеткам Кеньона. — Рисунок 1, Correig-Fraga, Guimerà & Sales-Pardo (2026), arXiv:2610.10023.

Затем свет активирует нейроны сетчатки, и активность шаг за шагом распространяется по настоящей схеме связей к клеткам Кеньона грибовидного тела, где единственный простой элемент считывает решение. К мозгу ничего не добавлено. Единственное, чему может научиться модель, — это одна сила на каждую существующую связь, ограниченная так, чтобы никогда не превышать число реально наблюдаемых синапсов.

Цвет, форма, число

Команда проверила три зрительные задачи:

• Цвет. Круг синий или жёлтый? Все модели показали результат, близкий к 100%. Настоящая схема связей достигла 92% вообще без обучения.
• Форма. Круг или звезда? При обучении на изображениях в левой половине поля зрения и проверке на правой настоящая схема достигла 64%.
• Число. Каких точек больше по цвету, если общая площадь каждого цвета уравнена, чтобы размер не выдавал ответ? Модели ни разу не сообщали, сколько было точек. Её точность росла с отношением двух чисел — от 64% при отношении 1,5 до 85% при отношении 5. Такая закономерность — признак приблизительного чувства числа, которое, как отмечается в статье, наблюдали и у настоящих плодовых мушек.

Перемешанные мозги

Чтобы проверить, важна ли точная схема связей, исследователи построили четыре перемешанные версии мозга, все с теми же нейронами:

• неограниченную, в которой исходящие связи каждого нейрона ведут к случайным мишеням, создавая множество длинных «проводов»;
• прореженную, урезанную до тех пор, пока её суммарная стоимость проводки не сравнялась с настоящим мозгом, но с более длинными в среднем связями;
• две с подобранными расстояниями, сохраняющие реальное распределение длин «проводов» и суммарную стоимость проводки.

В перемешанных мозгах с длинными «проводами» активность уже ко второму шагу заливает почти весь мозг; в настоящем она продвигается от глаза внутрь постепенно.

Точность настоящего коннектома (синий) и четырёх перемешанных версий в трёх задачах; справа — различение чисел улучшается по мере роста отношения между двумя количествами. — Рисунок 3, Correig-Fraga, Guimerà & Sales-Pardo (2026), arXiv:2610.10023.

Плата за длинные провода

Неограниченный и прореженный мозги набрали больше баллов — например, 70% на формах против 64%. Они выигрывают за счёт того, что быстрее охватывают больше нейронов через длинные связи — те самые связи, которые, как утверждают авторы, стоили бы настоящему животному энергии и сложности развития. Когда сравнение честное — при одинаковом бюджете проводки и одинаковом распределении длин, — настоящий мозг мухи обошёл обоих перемешанных соперников во всех задачах. Авторы видят в этом эффективный эволюционный компромисс между производительностью и стоимостью проводки.

Намеренно простая модель

Модель игнорирует бо́льшую часть биологии настоящих нейронов: в ней нет частот разрядов, нет временны́х констант, а считывание через клетки Кеньона — удобный выбор, а не полная схема принятия решений мухи. Каждый перемешанный мозг был сгенерирован лишь один раз. Авторы представляют работу как отправную точку: способ выяснить, на что способна измеренная схема связей сама по себе, прежде чем добавлять более богатую нейронную динамику.