研究人員繪制了擁有近14萬個(gè)神經(jīng)元的果蠅大腦圖譜。

本報(bào)訊 果蠅雖然不是最聰明的生物，但科學(xué)家仍然可以從它的大腦中學(xué)到很多東西。現(xiàn)在，研究人員已經(jīng)繪制出一張全新的黑腹果蠅大腦圖譜，這是迄今為止所有生物中最完整的“大腦布線圖”。該圖譜展示了超過5450萬個(gè)突觸以及近14萬個(gè)神經(jīng)元，并揭示了新的神經(jīng)細(xì)胞類型。

美國(guó)普林斯頓大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家Mala Murthy和Sebastian Seung領(lǐng)導(dǎo)的FlyWire聯(lián)盟在10月2日的《自然》發(fā)表9篇論文，對(duì)該圖譜進(jìn)行了詳細(xì)描述。

Seung和Murthy表示，他們歷時(shí)4年多，用電子顯微鏡對(duì)果蠅大腦切片進(jìn)行成像，并在人工智能（AI）工具的幫助下，將這些數(shù)據(jù)拼接在一起，形成了一張完整的果蠅大腦圖譜。

但這些工具并不完美，因此需要檢查布線圖是否有誤。科學(xué)家花費(fèi)大量時(shí)間人工校對(duì)數(shù)據(jù)，甚至邀請(qǐng)志愿者前來幫忙。論文合著者、英國(guó)劍橋大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家Gregory Jefferis稱，聯(lián)盟成員和志愿者共進(jìn)行了300多萬次人工編輯。

即便如此，這項(xiàng)工作還沒有完成——圖譜仍然需要注釋。在這一過程中，研究人員和志愿者需要將每個(gè)神經(jīng)元標(biāo)記為特定的細(xì)胞類型。Jefferis將這項(xiàng)任務(wù)比作評(píng)估衛(wèi)星圖像——AI軟件可能會(huì)在訓(xùn)練后用于識(shí)別圖像中的湖泊或道路，但人類必須檢查結(jié)果并自己命名特定的湖泊或道路。總的來說，研究人員共發(fā)現(xiàn)了8453種神經(jīng)元，其中4581種是新發(fā)現(xiàn)的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了預(yù)期。

研究小組對(duì)不同細(xì)胞間相互連接的方式感到驚訝。例如，那些被認(rèn)為只參與一種感官線路的神經(jīng)元，如視覺通路，往往也會(huì)接收來自多種感官的線索，包括聽覺和觸覺。“大腦的相互聯(lián)系令人震驚。”Murthy說。

在其中一篇論文中，研究人員使用連接體創(chuàng)建了整個(gè)果蠅大腦的計(jì)算機(jī)模型，包括神經(jīng)元之間的所有連接。他們通過激活感知甜味或苦味的神經(jīng)元進(jìn)行了測(cè)試。這些神經(jīng)元在虛擬果蠅的大腦中發(fā)出一連串信號(hào)，最終觸發(fā)了與果蠅的口器相連的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。當(dāng)甜味回路被激活后，就會(huì)向口器發(fā)出信號(hào)，好像昆蟲準(zhǔn)備進(jìn)食一樣；當(dāng)苦味回路被激活時(shí)，這個(gè)信號(hào)則被抑制。為了驗(yàn)證這些發(fā)現(xiàn)，研究小組在一只真正的果蠅體內(nèi)激活了相同的神經(jīng)元。他們注意到，在預(yù)測(cè)哪些神經(jīng)元會(huì)作出反應(yīng)從而預(yù)測(cè)果蠅的行為方面，模擬的準(zhǔn)確率超過90%。

在另一項(xiàng)研究中，科學(xué)家描述了兩個(gè)信號(hào)回路，用來向果蠅發(fā)出停止行走的信號(hào)。其中一個(gè)回路包含兩個(gè)神經(jīng)元，當(dāng)果蠅想要停下來進(jìn)食時(shí)，它們負(fù)責(zé)從大腦發(fā)出停止“行走”的信號(hào)。另一個(gè)回路則包含神經(jīng)索中的神經(jīng)元，它們接收和處理來自大腦的信號(hào)。這些細(xì)胞在果蠅的腿部關(guān)節(jié)中產(chǎn)生阻力，使其在自我梳理時(shí)能夠停止行走。

FlyWire的研究人員表示，要想完全了解果蠅的大腦，還有很多工作要做。例如，最新的連接體只展示了神經(jīng)元是如何通過化學(xué)突觸連接的，但沒有提供任何神經(jīng)元之間的電連接信息，也沒有神經(jīng)元如何在突觸外進(jìn)行化學(xué)交流的信息。Murthy希望最終能有一個(gè)雄性果蠅的連接體，使研究人員能夠研究雄性特定的行為，比如“唱歌”等。（李木子）

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-024-07558-y