普通果蠅（黑腹果蠅）的大腦不比罌粟種子大，但這個微小的組織卻擁有數萬個神經元，它們由數百萬個突觸連線。儘管它無法與擁有超過800億個神經元的人腦相提並論，但果蠅器官仍然是研究更復雜動物某些基本行為的神經迴路的寶貴工具。利用果蠅，科學家們現在構建了迄今為止最大的大腦圖譜。
霍華德·休斯醫學研究所珍妮莉婭研究園區執行主任傑裡·魯賓 (Gerry Rubin) 表示，建立果蠅連線體——神經元和突觸的連線圖——的夢想已經孕育了十多年。魯賓和他在珍妮莉婭 FlyEM 小組的同事們現在朝著實現這個目標邁出了一大步：他們完成了一個覆蓋果蠅大腦大約三分之一區域的連線體，其中包括參與學習、嗅覺和空間導航等關鍵功能的區域。這個被稱為半腦的資料集包含超過20,000個神經元和大約2000萬個突觸連線。今天，該團隊在珍妮莉婭的網站上釋出了資料，並在預印本伺服器 bioRxiv 上釋出了相應的稿件。
魯賓將連線體比作谷歌地圖。就像您使用導航工具搜尋從紐約市到舊金山的路線一樣，連線體可以揭示連線神經元 A 和神經元 B 的路徑。研究人員過去曾詳細地對整個果蠅大腦進行成像，但解析度較低。迄今為止唯一的完整連線體是線蟲秀麗隱杆線蟲的，它僅包含302個神經元。“我認為這次資料釋出真正重要的影響將是向人們展示當您擁有一個具有有趣行為的動物的完整連線體時，您可以獲得什麼樣的見解，”魯賓說。
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這項壯舉需要來自各個學科（包括生物學、計算機科學和物理學）的數十名研究人員的工作。它還涉及許多艱苦的步驟：切片樣本，使用聚焦離子束掃描電子顯微鏡 (FIB-SEM) 對其進行成像——這是一種利用帶電粒子緩慢地剝離組織塊的技術——以及識別和標記神經元和突觸。
最後一步是透過將谷歌的機器學習演算法與珍妮莉婭的一組校對員相結合來完成的。據魯賓說，谷歌與珍妮莉婭的合作是由維倫·賈恩 (Viren Jain) 促成的，他是這家科技公司的研究科學家，曾任職於珍妮莉婭。賈恩和他的同事們正在尋找一個數據集來測試谷歌用於影像分割的演算法——一個涉及識別影像組成部分並標記它們的過程。另一方面，珍妮莉婭正在尋求幫助來分析果蠅大腦成像產生的大量資料。
德國馬丁斯里德馬克斯·普朗克神經生物學研究所的神經科學家亞歷山大·博斯特 (Alexander Borst) 說：“果蠅 [神經科學] 界將從這個連線體資料中獲益匪淺。”博斯特不是 FlyEM 的成員，但卻是魯賓的合作者之一，他指出連線體資料存在一些侷限性。雖然這些資訊可以為研究人員節省大量時間，因為它使他們不必為了找到他們感興趣的神經元的突觸連線而進行艱苦的實驗，但“就其本身而言，[連線體] 並不能解決大腦如何控制行為的難題，”他說。“它只是提供了一個數據集，就像電話簿一樣，您可以在其中查詢電話號碼。”
果蠅大腦本身也有一些侷限性。雖然昆蟲可以用來研究導航和嗅覺等功能，但齧齒動物或靈長類動物等動物擁有更多模擬我們自己的行為。出於這個原因，科學家們還希望建立小鼠大腦的連線體。美國國立衛生研究院院長的一個諮詢小組最近在其大腦倡議 2.0 報告中將該計劃確定為“變革性專案”。然而，存在一些挑戰。不僅小鼠的大腦比果蠅的大腦大得多，而且它們之間的可變性也更大。普林斯頓大學的神經科學家塞巴斯蒂安·承 (Sebastian Seung) 表示，與蠕蟲和果蠅不同，小鼠（和人類）的大腦更容易受到經驗的影響。（承不是 FlyEM 的成員，但他參與了 FlyWire，這是一個旨在藉助眾包建立果蠅連線體的專案。）
FlyEM 小組現在正在構建果蠅完整神經系統的電路圖——它由整個大腦和神經索（昆蟲中類似脊髓的結構）組成。斯蒂芬·普拉薩 (Stephen Plaza) 是 FlyEM 專案的負責人，他說他和他的同事們預計將在未來兩年內完成這個專案。與此同時，他補充說，該小組計劃繼續評估半腦資料，並在使用者指出任何錯誤標記的神經元或遺漏的連線時更新它們。“我們不認為這是最終的篇章，”普拉薩說。