迄今最完整“大脑布线图”问世

研究人员绘制了拥有近14万个神经元的果蝇大脑图谱。

本报讯 果蝇虽然不是最聪明的生物，但科学家仍然可以从它的大脑中学到很多东西。现在，研究人员已经绘制出一张全新的黑腹果蝇大脑图谱，这是迄今为止所有生物中最完整的“大脑布线图”。该图谱展示了超过5450万个突触以及近14万个神经元，并揭示了新的神经细胞类型。

美国普林斯顿大学的神经科学家Mala Murthy和Sebastian Seung领导的FlyWire联盟在10月2日的《自然》发表9篇论文，对该图谱进行了详细描述。

Seung和Murthy表示，他们历时4年多，用电子显微镜对果蝇大脑切片进行成像，并在人工智能（AI）工具的帮助下，将这些数据拼接在一起，形成了一张完整的果蝇大脑图谱。

但这些工具并不完美，因此需要检查布线图是否有误。科学家花费大量时间人工校对数据，甚至邀请志愿者前来帮忙。论文合著者、英国剑桥大学的神经科学家Gregory Jefferis称，联盟成员和志愿者共进行了300多万次人工编辑。

即便如此，这项工作还没有完成——图谱仍然需要注释。在这一过程中，研究人员和志愿者需要将每个神经元标记为特定的细胞类型。Jefferis将这项任务比作评估卫星图像——AI软件可能会在训练后用于识别图像中的湖泊或道路，但人类必须检查结果并自己命名特定的湖泊或道路。总的来说，研究人员共发现了8453种神经元，其中4581种是新发现的，远远超出了预期。

研究小组对不同细胞间相互连接的方式感到惊讶。例如，那些被认为只参与一种感官线路的神经元，如视觉通路，往往也会接收来自多种感官的线索，包括听觉和触觉。“大脑的相互联系令人震惊。”Murthy说。

在其中一篇论文中，研究人员使用连接体创建了整个果蝇大脑的计算机模型，包括神经元之间的所有连接。他们通过激活感知甜味或苦味的神经元进行了测试。这些神经元在虚拟果蝇的大脑中发出一连串信号，最终触发了与果蝇的口器相连的运动神经元。当甜味回路被激活后，就会向口器发出信号，好像昆虫准备进食一样；当苦味回路被激活时，这个信号则被抑制。为了验证这些发现，研究小组在一只真正的果蝇体内激活了相同的神经元。他们注意到，在预测哪些神经元会作出反应从而预测果蝇的行为方面，模拟的准确率超过90%。

在另一项研究中，科学家描述了两个信号回路，用来向果蝇发出停止行走的信号。其中一个回路包含两个神经元，当果蝇想要停下来进食时，它们负责从大脑发出停止“行走”的信号。另一个回路则包含神经索中的神经元，它们接收和处理来自大脑的信号。这些细胞在果蝇的腿部关节中产生阻力，使其在自我梳理时能够停止行走。

FlyWire的研究人员表示，要想完全了解果蝇的大脑，还有很多工作要做。例如，最新的连接体只展示了神经元是如何通过化学突触连接的，但没有提供任何神经元之间的电连接信息，也没有神经元如何在突触外进行化学交流的信息。Murthy希望最终能有一个雄性果蝇的连接体，使研究人员能够研究雄性特定的行为，比如“唱歌”等。（李木子）

相关论文信息：

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