牛津大学科学家绘制了首个果蝇全脑连接图。3,016个神经元，548,000个突触！

关键词：全脑图；果蝇；

（幼年果蝇大脑的连接模拟题。图源：Ref. 1）

🔺果蝇Drosophila melanogaster是一种重要的模式生物。图片来源：Eye of Science/Science Photo Library

果蝇的大脑连接是一个复杂动物的连接图谱，它包括了3000多个神经元和548,000个密集堆积在一个小于罂粟种子大小的年轻果蝇的大脑中的突触。

此前，科学家们只绘制了Caenorhabditis elegans和Platynereis dumerilii的连接图谱，以及海鞘的幼虫Ciona intestinalis。

而果蝇是研究连接图谱的理想模型，因为科学家已经对其基因组进行了测序，而且果蝇幼虫具有透明的身体。果蝇还表现出复杂的行为，包括学习、导航、处理气味以及权衡行动的风险和利益。同时果蝇的大小适合当前的技术，这也是研究人员选择果蝇的原因。

研究人员用纳米级分辨率电子显微镜对一只6小时大的果蝇幼虫的大脑进行了图像捕获，花费了一年半的时间。

然后，他们利用计算机辅助程序，精确定位神经元和突触，并花费数月时间进行手动检查。研究人员鉴定了3,016个神经元，其中93％与另一侧大脑半球的配对神经元相对应。大多数未配对的神经元是关键神经元Kenyon cells，位于学习和记忆中心。

该团队还发现，41％的脑神经元形成“回路”，为其上游合作伙伴提供反馈。

研究人员表示，这些简化路径和回路类似于正在人工智能研究中使用的最先进的人工神经网络。

现有的地图提供了单一动物的数据，但作者表示，技术进步将允许映射更多的果蝇--最终映射其他物种的大脑。

研究人员预测，利用机器学习技术将更快地绘制果蝇的连接图。不过，作者表示，这只是开始，“下一步是绘制成年果蝇的大脑地图，它更为复杂，拥有更多的神经元”，这将会是更具挑战性的任务。

这项研究具有重要意义，它不仅提供了一个小昆虫的完整连接图，也为探索大脑如何工作提供了基础。

该研究的共同作者之一Marta Zlatic表示，“现在我们有了一个参考大脑，可以研究阿尔茨海默症、帕金森病等退行性疾病中连接性的变化”。

这项工作的下一步将是探索神经元如何处理信息，并在神经系统中与其他神经元相互作用。这将有助于我们理解神经系统如何处理信息，从而为制作更准确的人工智能系统提供更好的指导。

但是，这项研究的限制是它只提供了单个果蝇的连接图，因此它可能不能代表整个种群。此外，果蝇是一种非常小的生物，与人类大脑相比，它的规模相对较小，其复杂性也相对较低。尽管如此，该研究所使用的方法可以应用于更复杂的大脑，这将为未来的研究提供新的机会和工具。

编者按：

• 这项研究为我们提供了一个小昆虫大脑的全面连接图，这是一个重要的里程碑。

• 这项工作不仅对于神经科学研究具有重要意义，也将对制作更准确的人工智能系统提供指导。

• 随着技术的不断进步，未来的研究将能够生成更复杂的连接图，并为神经系统的运作提供更为深入的了解。

参考资料来源：

【1】 Winding M, Pedigo BD, Barnes CL, Patsolic HG, Park Y, Kazimiers T, Fushiki A, Andrade IV, Khandelwal A, Valdes-Aleman J, Li F, Randel N, Barsotti E, Correia A, Fetter RD, Hartenstein V, Priebe CE, Vogelstein JT, Cardona A, Zlatic M. The connectome of an insect brain. Science. 2023 Mar 10;379(6636):eadd9330. doi: 10.1126/science.add9330. Epub 2023 Mar 10. PMID: 36893230.

【2】 https://www.nature.com/articles/d41586-023-00709-7

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