10 月 8 日消息，一支國際研究團隊 10 月 2 日在《自然》上發表了一組共 9 篇論文，介紹他們繪制出的成年果蠅完整“腦圖譜”，即包含腦部所有神經元及其連接狀況的線路圖。

據研究人員介紹稱，這是迄今所有生物中首張完整“腦圖譜”，為了解果蠅感官知覺、記憶甚至交配儀式的大腦結構提供了新的見解，堪稱神經生物學研究的一個里程碑。

普林斯頓神經科學研究所科學家瑪拉?穆爾蒂（Mala Murthy）表示，果蠅是“神經科學的一個重要模型系統，對果蠅大腦的研究具有重要意義。“我們正在解決的一個主要問題是，大腦中的線路、神經元及其連接如何激發動物行為。”

劍橋大學的神經科學家、該研究的共同負責人之一格雷戈里?杰弗里斯（Gregory Jefferis）表示，“如果我們想弄清楚大腦是如何工作的，我們就需要從機械原理上理解所有神經元是如何組合在一起并讓你產生思考的。對于大多數大腦，我們不知道這些（神經元）網絡是如何運作的”，“果蠅可以實現各種復雜的動作，例如行走、飛行、尋找方向，雄性果蠅還會向雌性唱歌（求偶）。大腦連接線路圖是讓我們理解這其中所有奧秘的第一步 —— 我們如何控制自己的運動、接聽電話或認出朋友。”

時間回溯到 2013 年，霍華德休斯醫學研究所的神經科學家戴維?博克（Davi Bock）及其團隊將一只成年雌性果蠅的大腦浸入一種硬化化學溶液中；并于 2018 年完成準備后小心翼翼地將這一罌粟籽大小的果蠅大腦切成 7,050 層，并用電子顯微鏡為這些切片拍攝了 2100 萬張照片。

隨后，他們將這些圖像公之于眾，而這些數據引起了瑪拉?穆爾蒂和普林斯頓大學神經科學與計算機科學教授承現峻（Sebastian Seung）的興趣，他們希望可以使用這些圖像繪制出果蠅大腦“腦圖譜”，包括每個單獨的神經元和突觸。

“這聽起來真的很離譜，”穆爾蒂對《科學》雜志的 Rodrigo Pérez Ortega 說，“這項工程太大了。之前從沒有人做過這么大規模的圖譜。”

他們先是利用 AI 根據圖像數據重建果蠅的腦細胞，但最終得到的模型并不完美，甚至還包括一些錯誤。為此，研究人員共同成立了 FlyWire 聯盟，招募數百名志愿者對“ 3D 大腦”進行手動校對和注釋。

經過 4 年多的努力，研究團隊最終成功制作出迄今為止最完整的生物“腦圖譜”，總共包含近 14 萬個神經元、8,453 種不同類型的神經元和超過 5450 萬個突觸。

注意到，研究人員此前已經繪制了出海洋蠕蟲幼蟲（78 個神經元）、海鞘幼蟲（177 個神經元）和成年蛔蟲（302 個神經元）的大腦部分圖譜，但規模之大遠比不上這張果蠅的“腦圖譜”。

可惜的是，以人類目前的技術，我們暫時無法對自身的“腦圖譜”進行繪制，因為人類大腦擁有 860 億個神經元和數以萬億計的連接，復雜程度大約是果蠅大腦的 100 萬倍。

在對神經元進行標記分類的過程中，研究人員發現了 8453 種神經元，其中 4581 種是新發現的，可提供大量新的研究方向。另外，不同細胞相互連接的一些方式也令研究人員感到驚訝。比如，那些被認為只參與一種感覺線路的神經元往往會接收來自多種感官的線索，比如視覺通路的神經元會接受來自聽覺和觸覺通路的信號。

據介紹，果蠅與人類有 60% 的 DNA 以及 75% 的導致遺傳疾病的基因是相同的，它們同樣可以喝醉、唱歌，還可以用咖啡保持清醒，這表明我們的大腦有相似之處。因此，詳細了解果蠅的大腦可能會對人類大腦的研究產生影響。

《自然》論文顯示，他們創建了整個果蠅大腦的計算機模型，包括所有神經元之間的所有連接，通過激活其中一些神經元來測試可能引起的反應，然后在真正的果蠅大腦中激活相同神經元，予以驗證。結果顯示，在預測哪些神經元會做出反應并引發果蠅做出哪些動作方面，模型的準確率超過 90%。還有一篇論文分析了果蠅行走背后的大腦回路，研究它如何停下來等。

承現峻認為，作為神經科學的新興分支，連接組學開啟了“神經科學數字化轉型”，這種轉型將擴展到大腦模擬，從而推動神經科學研究加速發展。據《衛報》報道，繪制老鼠大腦完整“腦圖譜”的工作已經開始，研究人員希望在 5 年至 10 年內完成。

廣告聲明：文內含有的對外跳轉鏈接（包括不限于超鏈接、二維碼、口令等形式），用于傳遞更多信息，節省甄選時間，結果僅供參考，所有文章均包含本聲明。