微小空間細節驚人！科學家首次揭示果蠅大腦神經連接圖譜

#夜讀#【微小空間細節驚人！#科學家首次揭示果蠅大腦神經連接圖譜#】據美國《紐約時報》網站10月2日報導，果蠅的大腦非常小，但如此微小的空間卻容納了巨大的複雜性。其中將超過14萬個神經元連接在一起的通路長達約150米。10月2日，數百名科學家在英國《自然》週刊上發表一系列論文，公佈了這些神經連接的驚人細節。果蠅大腦的神經連接圖譜將造福那些長期研究黑腹果蠅神經系統的研究人員。

在此之前，一種微小蠕蟲是唯一被科學界重現了大腦結構的動物成體，但那種蠕蟲的整個神經系統僅包含385個神經元。果蠅大腦神經連接圖譜項目負責人之一、美國普林斯頓大學神經生物學家瑪拉·摩亞蒂表示，新公佈的圖譜標誌著「我們首次得到複雜大腦的完整圖譜」。

另一些科學家表示，分析果蠅大腦的神經通路將揭示各種適用於其他物種大腦的規律，包括有助於揭秘擁有860億個神經元的人類大腦。

參與此次研究的一個科研團隊揭示了感官信號如何在大腦中傳遞，以及如何促使大腦發出指令。科研團隊利用計算機模擬了完整的果蠅大腦。發覺虛擬味道後，「大腦」就會發出「伸舌頭」的信號。

另一位來自普林斯頓大學的項目負責人承現峻表示，這些模擬實驗讓他想起很久以前就存在的所謂通過「意識上傳」把人腦信息轉移至電腦的猜想。承說：「意識上傳一直是科幻題材，但如今，至少就果蠅而言，意識上傳正在成為主流科學。」

圖譜繪製工作始於2013年，當時供職於美國侯活·曉士醫學研究所珍妮莉婭研究園區的神經學家達維·博克及其團隊把一隻成年果蠅的大腦浸泡在化學溶液中，使其硬化成一個小顆粒。隨後，科研團隊從顆粒頂部刮下薄片，並用顯微鏡給其拍照。為獲取整個蠅腦的信息，他們拍攝了7050個切片，製作了大約2100萬張照片。

承現峻的團隊則開發瞭解讀這些圖像的軟件。他們利用計算機識別出每張照片里的神經元橫截面，把圖像堆疊成細胞的三維影像。

計算機有時會犯錯。一個由果蠅專家和愛好者組成的團隊會檢查圖譜，糾正錯誤。

科學家花了十年多才製作出這一史上首個高解像度果蠅大腦模型。英國劍橋大學神經學家格雷戈里·傑佛瑞斯及其團隊根據神經元的不同形狀，把果蠅的腦細胞分成8453個不同類型，完成了迄今規模最大的腦細胞類型編目。相比之下，科學界迄今只確定了3300種人腦細胞類型。

通過跟蹤圖譜上的神經元，摩亞蒂及其團隊收集了有關不同類型細胞有何作用的線索。比如，某些類型的神經元可以命令爬行中的果蠅停下步伐。科研團隊發現，有一條神經通路可以阻斷爬行指令，另一條通路可以停住果蠅的足部關節。

美國加利福尼亞大學伯克利分校的菲臘·邵(音)團隊利用圖譜構建了一個虛擬的果蠅大腦，可以模擬神經元向周圍細胞傳遞信號的過程。

邵的團隊測試了虛擬大腦對食物的反應。果蠅的口器分佈了對糖敏感的神經元。科研團隊激活了這些神經元，觀察到有信號在果蠅大腦中快速傳遞。

虛擬大腦做了真實大腦會做的事情：命令口器向外伸出，便於果蠅進食。而且，如果虛擬果蠅僅僅在口器右側感受到甜味，大腦就會命令口器向右邊彎曲。

未參與新圖譜繪製的美國埃梅利大學果蠅專家安妮塔·德維內尼表示，她依賴這些新資源籌劃新的實驗，「我們現在做的每一件事情都會用到它」。

摩亞蒂及其團隊希望利用新圖譜來發現複雜大腦的基本規律，比如神經元連接如何實現信號在整個大腦中的快速傳遞。不過科研團隊也認識到，體積更大的大腦或許不會完全遵循相同的規律。

現在，科學家們著手繪製一套更龐大的圖譜：神經元數量約為果蠅1000倍的小鼠大腦。

未參與圖譜項目的美國艾倫腦科學研究所神經學家曾宏奎認為，完成果蠅大腦的神經連接圖譜有助於加快小鼠大腦項目的進度，這對於科學家能在有生之年完成小鼠項目至關重要。

他說：「任何改進都可能帶來很大的不同。我們等不了一萬年。」（編譯/劉子彥）