第一只果蝇绘制出了成年人大脑中每个神经元的接线图，以及它们之间的5000万个连接。

　　这项具有里程碑意义的成就是由一个名为FlyWire Consortium的大型国际科学家合作完成的，其中包括来自MRC分子生物学实验室(英国剑桥)、普林斯顿大学、佛蒙特大学和剑桥大学的研究人员。

　　该研究发表在《自然》杂志的两篇论文中。

　　这张包含了成年苍蝇大脑中139255个神经元的图表，是第一张能够行走和视觉的动物的整个大脑的图表。以前的研究已经完成了小得多的大脑的全脑图，例如，果蝇幼虫的大脑有3016个神经元，线虫的大脑有302个神经元。

　　研究人员表示，整个苍蝇大脑图谱是完成更大大脑的关键的第一步。由于果蝇是一种常用的研究工具，它的大脑图谱可以用来促进我们对神经回路如何工作的理解。

　　来自剑桥大学MRC分子生物学实验室的格雷戈里·杰弗里斯博士是这项研究的共同负责人之一，他说:“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如何组合在一起并让你思考的机制有一个了解。”对于大多数大脑，我们不知道这些网络是如何运作的。

　　“苍蝇可以做各种复杂的事情，比如走路、飞行、导航，雄性还会向雌性唱歌。大脑接线图是理解我们感兴趣的一切事物的第一步——我们如何控制自己的动作、接听电话或识别朋友。”

　　来自普林斯顿大学(Princeton University)的马拉·默蒂(Mala Murthy)博士是这项研究的共同负责人之一，她说:“我们已经把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。”

　　科学家们发现，这张地图上的线路与之前绘制的苍蝇大脑部分区域的小规模研究有很大的相似之处。这使得研究人员得出结论，个体大脑之间的神经连接有许多相似之处——每个大脑都不是像雪花一样的独特结构。

　　当将他们的大脑图与之前的大脑小区域图进行比较时，研究人员还发现，大约0.5%的神经元有发育变异，这可能导致神经元之间的连接错误。研究人员表示，这将是未来研究的一个重要领域，以了解这些变化是否与个性或大脑紊乱有关。

　　一整只苍蝇的大脑不到1毫米宽。研究人员首先将一个女性的大脑切成7000片，每片只有40纳米厚，然后在项目联合负责人Davi Bock的实验室使用高分辨率电子显微镜进行扫描，然后在美国Janelia研究园区进行扫描。

　　分析超过100tb的图像数据(相当于100台普通笔记本电脑的存储容量)，以提取约14万个神经元的形状和它们之间的5000万个连接，这对人类来说是一个太大的挑战，无法手动完成。研究人员利用普林斯顿大学开发的人工智能来识别和绘制神经元及其彼此之间的联系。

　　然而，在这种规模的数据集上，人工智能仍然会犯很多错误。FlyWire联盟——由全球76个实验室和287名研究人员组成的团队，以及来自公众的志愿者——花费了大约33个人年的时间，煞费苦心地校对所有数据。

　　来自普林斯顿大学的Sebastian Seung博士是这项研究的共同负责人之一，他说:“人工智能计算的进步使得绘制整个大脑的地图成为可能——手工重建整个接线图是不可能的。这是人工智能如何推动神经科学向前发展的展示。苍蝇的大脑是我们重建整个老鼠大脑接线图的一个里程碑。”

　　研究人员还在接线图上注释了许多细节，例如对大脑中8000多种细胞类型进行分类。这也使研究人员能够选择大脑中的特定系统进行进一步研究，例如与视觉或运动有关的神经元。

　　其中一项研究的第一作者，来自MRC分子生物学实验室的Philipp Schlegel博士说:“这个数据集有点像谷歌地图，但针对的是大脑:神经元之间的原始接力图就像知道地球卫星图像上的哪些结构与街道和建筑物相对应。”

　　“注释神经元就像在地图上添加街道和城镇的名称、营业时间、电话号码、评论等，你需要两者才能真正有用。”

　　这也是第一个用来预测神经元之间所有连接功能的全脑线路图——通常被称为连接体。

　　神经元利用电信号发送信息。每个神经元可以有数百个分支连接到其他神经元。这些分支交汇并在神经元之间传递信号的点被称为突触。神经元通过突触进行交流主要有两种方式:兴奋性(促进电信号在接收神经元中的延续)或抑制性(降低下一个神经元传递信号的可能性)。

　　该团队的研究人员还使用人工智能图像扫描技术来预测每个突触是抑制性还是兴奋性。

　　杰弗里斯博士补充说，“要开始数字化模拟大脑，我们不仅需要知道大脑的结构，还需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。”

　　来自佛蒙特大学的副教授Davi Bock是该研究的共同负责人之一，他说:“电子显微镜数据的超细节带来了自己的挑战，尤其是在规模上。这个团队编写了复杂的软件算法来识别细胞结构模式和所有细节中的连接。

　　“我们现在可以制作精确的突触水平图，并利用这些图更好地了解全脑范围内的细胞类型和电路结构。这将不可避免地导致对神经系统如何处理、存储和回忆信息的更深入的理解。我认为这种方法为未来分析苍蝇和其他物种的全脑连接体指明了前进的方向。”

　　这项研究是用一只雌性苍蝇的大脑进行的。由于雄性和雌性果蝇的大脑在神经元结构上存在差异，研究人员计划在未来也对雄性果蝇的大脑进行表征。