由美国国立卫生研究院(NIH)“大脑计划”支持的一组科学家，包括弗吉尼亚大学罗伯特·拉纳医学院神经科学副教授戴维·博克博士，最近在神经生物学研究方面取得了重大进展，他们成功地绘制了黑腹果蝇(俗称果蝇)的整个大脑。
这项名为“果蝇全脑注释和多连接组细胞分型”的研究发表在《自然》杂志上，为了解果蝇大脑中不同类型的细胞建立了一个“共识细胞类型图谱”或综合指南。果蝇的大脑包含大约13万个神经元(人类的大脑包含860亿个;在科学研究和测试中经常代替人类的老鼠拥有1亿个神经元。
全脑连接组(称为FAFB，或“全成年果蝇大脑”)的电子显微镜数据集使用果蝇大脑中每个神经元的详细形状以及它们之间的所有突触连接来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确定不同的电路是如何协同工作来控制运动控制、求爱、决策、记忆、学习和导航等行为的。
“如果我们想了解大脑是如何工作的，我们需要对所有神经元是如何组合在一起并让你思考的机制有一个了解，”该研究的联合领导Gregory Jefferis博士说。
“对于大多数大脑，我们不知道这些网络是如何运作的。对于苍蝇，我们有完整的接线图，这是理解复杂大脑功能的关键一步。事实上，利用我们在网上分享的数据，其他科学家已经开始尝试模拟苍蝇的大脑对外界的反应。”
Jefferis说:“要开始数字化模拟大脑，我们不仅需要知道大脑的结构，还要知道神经元是如何相互开启和关闭的。”
“利用我们的数据，其他科学家已经开始尝试模拟苍蝇的大脑对外界的反应。这是一个重要的开始，但我们还需要收集许多不同类型的数据，以可靠地模拟大脑的功能。”
虽然类似的研究已经在更简单的生物体上完成，比如线虫线虫和果蝇的幼虫阶段，但成年果蝇提供了更复杂的行为研究。虽然果蝇的大脑显然没有人类，甚至老鼠那么复杂，但这项研究的意义是深远的。
所有物种的神经回路处理信息的方式都有巨大的共性;这项工作使信息处理的原理可以在一个更简单的模式生物中被识别出来，然后在更大的大脑中寻找。
博克指出，科学家们目前还无法将这种方法扩展到人类大脑，但他表示，这一成就代表着向小鼠大脑的完整连接体迈出了值得注意的一步。
博克说:“这种类型的工作(在连接组学领域进行的)以百年一见的方式推进了最先进的技术水平，使我们能够绘制出相当复杂的动物成年果蝇完整大脑中每个神经元的形状和连接，并用尖端的软件分析来注释和挖掘由此产生的连接组。”
无论是光学显微镜——即使是多色荧光——还是经典的高尔基方法及其相关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的规模上实现这一壮举，代表了该领域的显着进步。”
这项研究利用了FlyWire Consortium生成的工具和数据，其中包括UVM的Bock;来自剑桥大学MRC分子生物学实验室的Gregory Jefferis博士和Philipp Schlegel博士;普林斯顿大学的Sebastian Seung博士和Mala Murthy博士。
该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整个成年大脑中神经元之间联系的详细地图。这张地图包括了苍蝇上面提到的139255个神经元之间的大约5000万个化学突触。
研究人员还增加了关于不同类型的细胞、神经、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，并且可以交互式浏览——所有这些都是本着鼓励团队科学的精神完成的。这项工作在《自然》杂志的一篇论文《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。我们希望这将对试图更好地了解健康大脑如何工作的神经科学家产生革命性的影响。”“在未来，我们希望有可能比较当我们的大脑出现问题时会发生什么，比如在精神健康状况下。”
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博士说:“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是如何驱动行为的，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。”
