这是科学家们的成就梦见大约有半个多世纪了。最后,一个庞大的国际研究团队详细绘制了一只有眼睛和腿的成年动物大脑中的每个神经元。
这个漂亮的脑袋现在任何人都可以自由阅读,它的大小不及罂粟种子,但它包含 139,255 个神经元和 5000 万个连接。
它属于成年雌性果蝇(黑腹果蝇)。
与包含 800 亿个神经元和 100 万亿个连接的人脑相比,这似乎是一个小小的胜利,但与 20 世纪 60 年代神经科学家的起步相比,这是一个巨大的飞跃。
如果以史为鉴,这项研究可能会角逐未来的诺贝尔奖。
“这是一项重大成就,”说普林斯顿大学的神经科学家 Mala Murthy 帮助领导了这个团队。
“对于如此复杂的成年动物来说,没有其他完整的大脑连接组。”
唯一接近的其他地图是成年果蝇“半脑”的 3D 图',但它只包含大约 20,000 个神经元。
埃默里大学生物学家 Anita Devineni 没有参与当前的研究,预测这张新地图将“改变果蝇神经科学”在随附的评论中自然。
科学家首先开始映射大约半个世纪前动物大脑的接线,这些最初的尝试集中在一种非常简单的生物上:没有视力和腿的蠕虫,秀丽隐杆线虫线虫。
2002 年,科学家们绘制了这张仅包含 302 个神经元的部分大脑图共同获得诺贝尔奖。
今天,同样的壮举,曾经花费了超过12年的时间完成,需要不到一个月的时间。
2023 年,研究人员一张更大的大脑图,包括果蝇幼虫的全部 3,016 个神经元。
然而,这只动物再次无法行走或视力。
成年果蝇是下一步的重要一步。它的大脑网络是视觉和复杂的行走动作的基础,与人类相似,现在可以比以往更详细地探索它们。
“苍蝇可以做各种复杂的事情,比如行走、飞行、导航,雄性苍蝇向雌性唱歌,”解释剑桥大学的分子生物学家格雷戈里·杰弗里斯帮助领导了这项研究。
“大脑接线图是了解我们感兴趣的一切的第一步——我们如何控制自己的动作、接听电话或认出朋友。”
制作这张图的团队包括来自 122 个机构的研究人员,其中普林斯顿大学、剑桥大学和佛蒙特大学做出了主要贡献。
该地图需要 7,000 多张雌性果蝇大脑切片和 2100 万张图像,这些数据可以填满 100 台普通笔记本电脑。
一个人工智能普林斯顿大学建立的程序对于梳理数据至关重要。
结果现已汇编成不少于 9 篇相关论文,且作者群体重叠。
一张纸注释了整个地图。为了纠正计算机错误,建立了一个众包项目,全球的研究人员和志愿者可以校对神经元的名称和功能。一个人需要全职工作 33 年才能完成全部 300 万次左右的手动编辑。
图中共有 8,453 种已知和已命名的细胞类型(覆盖了所有神经元的 96%),其中超过 4,500 种是科学上的新细胞类型。
“就像你不想开车去一个没有谷歌地图的新地方一样,你也不想在没有地图的情况下探索大脑。”解释神经科学家 Sven Dorkenwald,普林斯顿大学 2023 届毕业生。
“我们所做的是构建大脑地图集,并为所有企业、建筑物、街道名称添加注释。有了这个,研究人员现在就可以在我们试图理解大脑时深思熟虑地导航大脑。”
合而为一随附文件例如,科学家使用带注释的图来触发果蝇计算机大脑中的神经元,使其伸出长鼻来获取糖,就像真正的果蝇激活这些神经元时发生的情况一样。
今天,6个不同的诺贝尔奖已提供给研究普通果蝇的研究人员。第 7 个可能即将到来。
主要研究结果发表于自然。