一组科学家在美国国立卫生研究院(NIH)“大脑计划”的支持下，取得了神经生物学研究的重大突破，成功绘制了黑腹果蝇（果蝇）的完整大脑。
这项研究名为“果蝇全脑注释和多连接组细胞分型”，发表在《自然》杂志上，建立了果蝇大脑中不同细胞类型的“共识细胞类型图谱”。果蝇的大脑大约有13万个神经元，而人类大脑有860亿个神经元，老鼠则有1亿个神经元，常用于科学研究。
全脑连接组（FAFB，或“全成年果蝇大脑”）的电子显微镜数据集，通过详细的神经元形状和突触连接，识别和分类大脑中的所有细胞类型。
这张完整的地图将帮助研究人员理解不同电路如何协同工作，以控制运动、求爱、决策、记忆、学习和导航等行为。
“要理解大脑的工作原理，我们需要了解神经元如何组合在一起并影响思维机制，”该研究的联合领导Gregory Jefferis博士表示。
“对于大多数大脑，我们尚不清楚这些网络的运作方式。对于果蝇，我们有完整的接线图，这是理解复杂大脑功能的重要一步。实际上，其他科学家已经开始利用我们分享的数据，模拟果蝇大脑对外界的反应。”
Jefferis补充道：“要进行数字化模拟大脑，我们不仅需要了解大脑的结构，还要知道神经元如何相互作用。”
“利用我们的数据，其他科学家已经开始尝试模拟果蝇大脑对外界的反应。这是一个重要的起点，但我们还需收集更多不同类型的数据，以可靠地模拟大脑功能。”
尽管类似的研究已在更简单的生物体上进行，如线虫和果蝇幼虫，但成年果蝇提供了更复杂的行为研究。果蝇的大脑虽然不如人类或老鼠复杂，但这项研究的意义深远。
所有物种的神经回路处理信息的方式有很大共性；这项工作使得信息处理的原理可以在简单模式生物中识别，并在更复杂的大脑中寻找。
博克指出，科学家们目前尚无法将这种方法扩展到人类大脑，但这一成就标志着向小鼠大脑完整连接体迈出了重要一步。
博克表示：“这种类型的工作在连接组学领域以百年一见的方式推进了技术水平，使我们能够绘制成年果蝇大脑中每个神经元的形状和连接，并用尖端软件进行分析和注释。”
无论是光学显微镜，还是经典的高尔基方法，都无法提供这种能力。
“在果蝇等重要遗传模式生物的整个大脑规模上实现这一壮举，代表了该领域的显著进步。”
这项研究利用了FlyWire Consortium生成的工具和数据，包括UVM的Bock、剑桥大学MRC分子生物学实验室的Gregory Jefferis博士和Philipp Schlegel博士，以及普林斯顿大学的Sebastian Seung博士和Mala Murthy博士。
研究小组利用博克实验室之前生成的电子显微镜下的大脑图像，绘制了一只雌性果蝇成年大脑中神经元之间联系的详细地图，涵盖了约5000万个化学突触，连接着139255个神经元。
研究人员还增加了关于不同细胞类型、神经和发育谱系的信息，并预测了神经元使用的神经递质。FlyWire的Connectome Data Explorer开放访问数据分析工具可供下载，并可交互式浏览，旨在鼓励团队科学。这项工作在《自然》杂志的论文《成人大脑的神经元接线图》中有详细介绍。
“我们已经将整个数据库开放给所有研究人员免费使用。我们希望这将对神经科学家更好地理解健康大脑的工作产生革命性影响。”
通过追踪从感觉细胞到运动神经元的连接，研究人员可以发现控制果蝇行为的潜在电路机制，这标志着理解人类认知和行为复杂性的关键一步。
美国国立卫生研究院“大脑计划”主任John Ngai博士表示：“这种小型果蝇非常复杂，长期以来一直是理解行为生物学基础的强大模型。”
“这一里程碑不仅为研究人员提供了一套新的工具来理解大脑中的回路如何驱动行为，而且重要的是，它是绘制大型哺乳动物和人类大脑之间联系的持续努力的先驱。”
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