普林斯顿大学等机构发布完整果蝇大脑连接组

　　研究者对果蝇的研究还在继续，近日，来自普林斯顿大学等机构的研究者发布了果蝇的全脑连接组，包括约 130k 个注释神经元和数千万个类型突触。

　　大家多少都了解，从古老的动物开始就存在基本的神经系统，但大脑系统的出现要追溯到 5 亿年前。研究表明将大脑划分为不同区域有助于理解其功能。

　　然而，多年来，关于神经元和突触层面的神经连接图一直存在争议，造成这一现象的主要原因在于人类缺乏能够重构此类连接图的技术。随着技术的发展，情况在 21 世纪初才开始发生变化。

　　直到今天，来自普林斯顿大学等机构的研究者发布了果蝇的全脑连接组，这是首个完整的成年果蝇大脑神经连接图。

　　在该成果发布之后，有人表示：「许多项目绘制了各种生物的全脑连接组图，从秀丽线虫(302 个神经元)到果蝇(约 100k 神经元)。以我们目前的计算能力，为什么不能在一个虚拟的 3D 环境中对这些生物进行精确的计算机模拟呢?」

　　果蝇的大脑看起来很小，拥有 10^5 个神经元和 10^8 个突触，尽管如此，果蝇借助这些能够完成看、闻、听、走，当然还能飞。

　　长期以来，研究者通过电子显微镜(EM)图像已经对果蝇大脑的部分区域进行了重建，这些图像清晰度还不错，能够显示出神经元的细小分支和相连的突触。由此得到的神经回路的连接图为研究者理解大脑如何产生社交行为、与记忆有关的行为以及导航行为提供了关键见解。

　　然而，EM 方法虽然已经应用于大脑的部分区域，并重建了信息丰富的局部连接图，但对于更全面地理解大脑功能来说，这种方法还不足够。

　　此前，研究者基于 Ito 等人的研究来构建单个神经突触网格，本文采用的网格是基于此前生成完整大脑分割的 JFRC2 标准脑模板，这些网格也被用于 Virtual Fly Brain(模拟果蝇)项目。通过一系列非刚性变换，该研究将这些网格从 JFRC2 空间移动到 FlyWire(FAFB14.1)空间中。

　　注：FlyWire 是一个用于探索果蝇大脑的全脑连接组学平台。自 2019 年以来，科学家和经验丰富的校对员一直在使用 FlyWire 来校对 AI 对整个果蝇大脑的分割。截至 2023 年 6 月，在 FlyWire 中已经校对了超过 120,000 个神经元，包括整个中央大脑。

　　如下图所示，该研究重建的整个成年果蝇大脑包含 127,978 个神经元(图 1a)，它们之间有 5300 万个突触。成年雌性果蝇的全脑图像 (图 1e, f) 先前通过串行切片传输 EM 获得，并由 Zheng et al. 发布到公共领域。

　　本文表明，该研究对整个果蝇大脑的重建所得到的连接图已经足够完整，足以被称为「连接组(connectome)」。与秀丽隐杆线虫(300 个神经元，小于 10^4 个突触)和果蝇第一龄幼虫(3,000 个神经元，5×10^5 个突触)相比，其连接组有了明显的飞跃：连接组不仅仅是数量上超越了果蝇半个大脑，它还涵盖了果蝇中央大脑的食道下区(SEZ)，该区域对味觉和机械感知等非常重要，此外，连接组还涵盖了从果蝇大脑向下驱动运动神经元的过程。

　　总体来说，这项工作奠定了某些基础，既可以深入研究目前和预期中正常的苍蝇连接组，也可助力未来的性双态、经验依赖的可塑性、全脑规模发展和疾病等方向的研究。

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