The post has been translated automatically. Original language: Russian
Creating a digital twin of a living organism is a huge breakthrough in neuroscience. The fly (Drosophila fruit fly) was completely transferred to the virtual world thanks to the combination of the most accurate anatomical map and powerful computer algorithms.
How it was done: a step-by-step process
- Creating a connectome (Brain Map):Scientists took the brain and nervous system of a fly, cut them into tens of thousands of tiny sections and photographed them under an electron microscope. Then, with the help of artificial intelligence and research teams, millions of images were combined into a single three—dimensional atlas connector. This map describes all 139,255 neurons and about 50 million synaptic connections between them.
- Digitization of the body (The body of a fly in a physics engine):It's not enough to just transfer the neurons — you need to give them a "shell". The researchers created a digital 3D model of a fly with realistic physics of joints, legs, wings, and sensory sensors (for example, taste and touch receptors).
- Combining brain and body:A mathematical model of the brain was loaded into a computer program and connected to a virtual body. Neurons began to control the fly's muscles in response to digital stimuli.
How does this work in practice?
The simulation does not work as a rigid program code with pre-prepared scenarios, but as a living nervous system.:
- Responding to stimuli: When food or an obstacle appears in the virtual space in front of the fly, digital sensors transmit a signal to the virtual brain.
- Neural circuits in action: The signal travels through the simulated synapses in exactly the same way as in a real insect. The brain activates the necessary groups of neurons that give commands to the muscles.
- The emergence of behavior: Without external prompts, the digital fly begins to demonstrate meaningful actions: to search for food by smell, clean its paws when virtual dust gets on it, and avoid obstacles.
Создание цифрового двойника живого организма — это колоссальный прорыв в нейробиологии. Полностью перенести муху (плодовую мушку Drosophila) в виртуальный мир удалось благодаря объединению точнейшей анатомической карты и мощных компьютерных алгоритмов.
Как это делалось: пошаговый процесс
- Создание коннектома (Карты мозга):Ученые взяли мозг и нервную систему мухи, разрезали их на десятки тысяч тончайших срезов и сфотографировали под электронным микроскопом. Затем с помощью искусственного интеллекта и команд исследователей миллионы полученных изображений были соединены в единый трехмерный атлас — коннектом. В этой карте описаны все 139 255 нейронов и около 50 миллионов синаптических связей между ними.
- Оцифровка тела (Тело мухи в физическом движке):Мало просто перенести нейроны — нужно дать им «оболочку». Исследователи создали цифровую 3D-модель мухи с реалистичной физикой суставов, лапок, крыльев и сенсорных датчиков (например, рецепторов вкуса и осязания).
- Объединение мозга и тела:Математическую модель мозга загрузили в компьютерную программу и подключили к виртуальному телу. Нейроны стали управлять мышцами мухи в ответ на цифровые раздражители.
Как это работает на практике?
Симуляция работает не как жесткий программный код с заранее заготовленными сценариями, а как живая нервная система:
- Реагирование на стимулы: Когда в виртуальном пространстве перед мухой появляется пища или препятствие, цифровые датчики передают сигнал в виртуальный мозг.
- Нейронные цепочки в действии: Сигнал проходит по смоделированным синапсам точно так же, как у реального насекомого. Мозг активирует нужные группы нейронов, которые отдают команду мышцам.
- Возникновение поведения: Без подсказок извне цифровая муха начинает демонстрировать осмысленные действия: искать еду по запаху, чистить лапки, когда на нее попадает виртуальная пыль, и обходить препятствия.
Share
