Группа исследователей из Вашингтонского университета в Сиэтле и Института Аллена построила динамическую модель нервных цепей брюшного нервного тяжа дрозофилы. У насекомых эта структура выполняет роль, похожую на спинной мозг. В симуляциях команда нашла минимальный контур, который поддерживает ритмичную активность двигательных нейронов всех шести ног. Статья вышла 28 октября 2026 года в Nature.

Схема состоит из одного тормозного интернейрона и двух возбуждающих. Авторы называют её предполагаемым центральным генератором паттерна (CPG): контуром, который выдаёт колебания без ритмического входа извне. Для расчётов взяли четыре набора данных о связях нейронов, включая коннектомы дрозофилы.

Компьютерный скрининг показал, что нисходящий нейрон DNg100 сильнее других запускает ритмичную активность двигательных нейронов. Затем исследователи один за другим удаляли связи из модели. После такой обрезки остался контур из трёх интернейронов. Он оказался необходимым и достаточным для двигательного ритма всех шести ног в каждом из четырёх наборов данных. Иными словами, без него ритм в модели пропадал, а когда оставляли только его, ритм сохранялся.

Как три клетки задают ритм шести ногам

Цепь замыкается в кольцо. Возбуждающий нейрон E1 активирует E2, E2 действует на тормозный I1, а I1 подаёт торможение обратно на E1. Такая последовательность способна поддерживать колебания сама по себе. В дополнительной проверке исследователи оставили только эти связи между интернейронами, и сеть всё равно создавала ритмическую активность.

Три клетки не управляют напрямую каждой мышцей. Они задают общий сигнал, который меняется во времени, а двигательные нейроны передают его мышцам отдельных ног. У дрозофилы три грудных сегмента. В каждом есть пара областей нейропиля, обслуживающих левую и правую ноги, всего шесть таких областей. Одна и та же схема может работать сразу в шести областях: по одной на каждую ногу.

Представим условную электронную схему: два усилителя и один ограничитель сигнала соединены в кольцо. Первый усилитель повышает сигнал, второй передаёт его дальше, ограничитель временно гасит сигнал, после чего система возвращается в исходное состояние. Если задержки и сила связей подходят, напряжение начинает повторяться волнами. В модели дрозофилы похожую роль играет замкнутый контур из возбуждающих и тормозного нейронов. Это только аналогия: она не заменяет измерение активности конкретных клеток.

Модели предсказали, что отдельный нисходящий путь DNb08 способен вызывать ритмичные движения ног. Это проверили с помощью оптогенетики на обезглавленных дрозофилах: у них удалён головной мозг, но сохранён брюшной нервный тяж. Светом включали нужные нейроны и наблюдали движения. Оптогенетическое подтверждение относится к DNb08, а не к самому трёхнейронному контуру. Авторы называют этот контур предполагаемым CPG.

Работа связывает подробную карту синапсов с динамикой нервной сети. Коннектом показывает, какие клетки соединены, но не гарантирует, что вся система будет колебаться. Авторы проверяли это в динамической модели, где учитывались возбуждающие и тормозные связи. Результат указывает, что для запуска базового ритма большая сеть может опираться на очень небольшой устойчивый каркас. В полной модели частота двигательных нейронов менялась при усилении входа на DNg100, а у изолированного трёхнейронного ядра такой же зависимости не наблюдалось. Вывод относится к моделям ходьбы дрозофилы и пока не доказывает такой же принцип для других животных.

Для обзора литературы по нейронным сетям, управляющим движением, существует сервис подбора литературы; выводы исследования стоит сверять по оригинальной публикации в Nature.

Схема замкнутого контура E1, E2 и I1, который в компьютерной модели создаёт ритмический сигнал для двигательных нейронов ног дрозофилы

Фото: Calvin Seng / Pexels