在一只果蝇的大脑中，神经细胞自我编织在一起，实现飞行、交配、进食、睡眠以及果蝇生命中的所有其他活动。现在，在 10 月 2 日发表的 9 篇论文中自然，科学家报告说她的神经细胞的第一张完整图谱— 确切地说，总共 139,255 个 — 以及它们的 5450 万个连接。
这张全脑图谱经过多年精心绘制，虽小却精致：它包含 149.2 米的神经线路，全部整齐地排列在罂粟籽大小的大脑中。因此，这张图显示了神经信息如何在细胞之间流动黑腹果蝇一种比人类简单但又足够复杂的动物，对于试图了解其大脑的人们来说仍然很神秘。
“这项工作绝对令人着迷，”布卢明顿印第安纳大学的神经科学家奥拉夫·斯波恩斯 (Olaf Sporns) 说。早在 2005 年，他和他的同事就创造了“，”对神经细胞或神经元之间连接的解释（序列号:2014年2月7日）。此后的近 20 年里，科学家绘制了更多的连接体图谱，包括男性和雌雄同体的连接体线虫蠕虫,,和，以及成年果蝇大脑的一部分（序列号:23年3月9日;序列号:2019 年 8 月 7 日;序列号:24/5/23）。这种最新的果蝇连接体是同类中最大的。
“当连接组学刚开始时，创建像本作品中呈现的那样的地图几乎就像科幻小说一样，”斯波恩斯说。 “现在，令人惊奇的是，它就在这里。”
该项目涉及雌性果蝇大脑 7,000 多个薄片的电子显微镜图像，以及对齐神经元复杂卷须的机器学习，通过不同的切片追踪细胞。机器学习使研究人员能够接近整个连接组。 “但人类仍然需要纠正错误，”计算神经科学家斯文·多肯瓦尔德（Sven Dorkenwald）说，他曾在普林斯顿大学参与该项目，现在在艾伦脑科学研究所和西雅图华盛顿大学工作。来自 50 多个实验室的数百名人员用肉眼校对了这张图，确保细胞的形状与看上去的一样。这是一项艰巨的工作，从开始到结束。
“我们是否认为要花这么长时间，差不多 20 年后我们才会拥有果蝇连接组？可能不会，”普林斯顿大学计算神经科学家 Sebastian Seung 说。 “但过于乐观的人会推动进步。”
Seung 说，在早期，绘制连接组图“是一种逆向思维”。 “大多数人认为这很疯狂。有两种反对意见。一是不可能，二是就算成功了，数据也没用。”
但这些数据已经证明了它们的实用性，揭示了细胞细节和关于大脑如何工作的有趣暗示。例如，整个果蝇大脑中只有两个 CT1 神经元，每个神经元都参与感知光和运动的变化。每个神经元延伸到整个眼睛并产生大量突触——地图显示超过 148,000 个。
另一项分析将一些神经元分类为“集成器”类别，这些神经元从其他细胞或“广播器”接收大量信息，这些神经元向大量受众发送信号。这些扩音器细胞可能有助于信号传播，但方式是有选择性的。
随着连接组的绘制，科学家们开始建立信息如何在大脑中流动的计算机模型。 “你从神经元之间的连接开始，然后用它来帮助你构建网络模拟，”Seung 说。 “这是一种完全显而易见的方法，但如果没有连接组，你就无法做到。”
例如，一项新研究表明味觉神经元如何激活其他下游细胞。 Seung 说，这只是开始。 “我给科幻爱好者开的玩笑是，为了这个实验，确实必须牺牲一只苍蝇，但这只苍蝇可以在模拟中永远生存。”
Sporns 还展望了未来：“我预见未来连接组图将变得更加全面和详细，很快就会包括小鼠和人类等脊椎动物的大脑，”他说。这些图谱将有助于回答有关大脑连接组的重大问题——它们在个体之间是否存在差异，它们是否会随着时间的推移而变化，以及它们是否可以帮助预测行为。
