◎ 科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然

美國(guó)約翰斯·霍普金斯大學(xué)和英國(guó)劍橋大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際團(tuán)隊(duì)完成了迄今為止最先進(jìn)的昆蟲(chóng)大腦圖譜，首次描繪了果蠅幼蟲(chóng)大腦中的每一個(gè)神經(jīng)連接，這是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)里程碑式成就，使科學(xué)家更接近對(duì)思維機(jī)制的真正理解，支持未來(lái)的大腦研究并激發(fā)新的機(jī)器學(xué)習(xí)架構(gòu)。研究成果9日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。

昆蟲(chóng)大腦中的完整神經(jīng)元集，使用突觸分辨率電子顯微鏡重建。圖源：約翰斯·霍普金斯大學(xué)/劍橋大學(xué)

自1970年代，人類(lèi)開(kāi)始了以蛔蟲(chóng)為首個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)象的大腦圖譜繪制歷程，最終產(chǎn)生了部分圖譜并獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。從那時(shí)起，部分連接體已被映射到許多系統(tǒng)中，包括果蠅、小鼠甚至人類(lèi)。但這些重建通常只代表整個(gè)大腦的一小部分，綜合連接體僅針對(duì)體內(nèi)有幾百到幾千個(gè)神經(jīng)元的幾種小物種生成，如蛔蟲(chóng)、幼蟲(chóng)海鞘和幼蟲(chóng)海洋環(huán)節(jié)動(dòng)物蠕蟲(chóng)。

研究團(tuán)隊(duì)此次生成的黑腹果蠅幼蟲(chóng)的連接組，是迄今為止完成的最完整、最廣泛的昆蟲(chóng)全腦圖譜。它包括3016個(gè)神經(jīng)元以及它們之間的548000個(gè)連接。

描述連接性的圖譜，其中神經(jīng)元表示為點(diǎn)，具有更相似連接性的神經(jīng)元被繪制得更靠近。線條描繪了神經(jīng)元之間的連接。該圖的邊界顯示了示例神經(jīng)元形態(tài)。圖源：約翰斯·霍普金斯大學(xué)/劍橋大學(xué)

研究團(tuán)隊(duì)特意選擇了果蠅幼蟲(chóng)，因?yàn)閷?duì)于昆蟲(chóng)而言，該物種與人類(lèi)共享許多基本生物學(xué)特性，同時(shí)，它還具有豐富的學(xué)習(xí)和決策行為，使其成為神經(jīng)科學(xué)中最有用的模型生物之一。出于實(shí)用目的，研究人員還可在合理的時(shí)間范圍內(nèi)對(duì)其相對(duì)緊湊的大腦進(jìn)行成像并重建其回路。