研究人員繪制了擁有近14萬個神經元的果蠅大腦圖譜。

本報訊 果蠅雖然不是最聰明的生物，但科學家仍然可以從它的大腦中學到很多東西。現在，研究人員已經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5450萬個突觸以及近14萬個神經元，并揭示了新的神經細胞類型。

美國普林斯頓大學的神經科學家Mala Murthy和Sebastian Seung領導的FlyWire聯盟在10月2日的《自然》發表9篇論文，對該圖譜進行了詳細描述。

Seung和Murthy表示，他們歷時4年多，用電子顯微鏡對果蠅大腦切片進行成像，并在人工智能（AI）工具的幫助下，將這些數據拼接在一起，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。科學家花費大量時間人工校對數據，甚至邀請志愿者前來幫忙。論文合著者、英國劍橋大學的神經科學家Gregory Jefferis稱，聯盟成員和志愿者共進行了300多萬次人工編輯。

即便如此，這項工作還沒有完成——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神經元標記為特定的細胞類型。Jefferis將這項任務比作評估衛星圖像——AI軟件可能會在訓練后用于識別圖像中的湖泊或道路，但人類必須檢查結果并自己命名特定的湖泊或道路。總的來說，研究人員共發現了8453種神經元，其中4581種是新發現的，遠遠超出了預期。

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

在其中一篇論文中，研究人員使用連接體創建了整個果蠅大腦的計算機模型，包括神經元之間的所有連接。他們通過激活感知甜味或苦味的神經元進行了測試。這些神經元在虛擬果蠅的大腦中發出一連串信號，最終觸發了與果蠅的口器相連的運動神經元。當甜味回路被激活后，就會向口器發出信號，好像昆蟲準備進食一樣；當苦味回路被激活時，這個信號則被抑制。為了驗證這些發現，研究小組在一只真正的果蠅體內激活了相同的神經元。他們注意到，在預測哪些神經元會作出反應從而預測果蠅的行為方面，模擬的準確率超過90%。

在另一項研究中，科學家描述了兩個信號回路，用來向果蠅發出停止行走的信號。其中一個回路包含兩個神經元，當果蠅想要停下來進食時，它們負責從大腦發出停止“行走”的信號。另一個回路則包含神經索中的神經元，它們接收和處理來自大腦的信號。這些細胞在果蠅的腿部關節中產生阻力，使其在自我梳理時能夠停止行走。

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元是如何通過化學突觸連接的，但沒有提供任何神經元之間的電連接信息，也沒有神經元如何在突觸外進行化學交流的信息。Murthy希望最終能有一個雄性果蠅的連接體，使研究人員能夠研究雄性特定的行為，比如“唱歌”等。（李木子）

相關論文信息：

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