30 多年前，一個科學家團隊煞費苦心地追蹤了雌雄同體秀麗隱杆線蟲體內 302 個神經細胞中每一個細胞之間的連線。但直到現在才有人著手為雄性線蟲做同樣的事情。
發表在《自然》雜誌上的一張新圖譜，代表了首次繪製出的雌雄動物的完整佈線圖。所謂的連線組顯示了哪些神經元與其他神經元相連，以及它們控制的肌肉和其他功能，以及這些連線的強度。這種佈線方案使研究人員能夠更好地瞭解這些生物如何感知環境並對其做出反應。
羅切斯特大學副教授道格拉斯·波特曼說：“它在理解動物神經系統的整個結構方面提供了前所未有的完整性。”他沒有參與這項研究，但為該研究撰寫了一篇評論文章。
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波特曼說，這是一個 2.0 版本的連線組，與早期版本相比，它為理解更復雜的神經系統（例如我們自己的神經系統）提供了重要的基礎。
該論文的資深作者斯科特·埃蒙斯說，一些新繪製的迴路對人類行為具有直接影響。他說，許多與人類疾病（如精神分裂症和自閉症）相關的基因與決定蠕蟲神經元連線的基因相同。“我們瞭解這些功能的任何資訊都將有助於您猜測它可能在人腦中做什麼，”他說。
早期的連線組於 1986 年發表，檢查了每個突觸——神經細胞之間的連線處。新圖譜包括每個連線的物理位置以及給定網路鏈路強度的度量，正如波特曼在他的評論中寫道，“就像潛伏在掃帚櫃後面的蜘蛛網。”
這項新工作重新檢查了雌雄同體的佈線圖，還發現了雌雄之間的顯著差異，包括與生殖沒有直接關係的 behavioral circuits。艾伯特·愛因斯坦醫學院遺傳學和神經科學教授埃蒙斯說，秀麗隱杆線蟲“雌性”是雌雄同體，能夠產生足夠的精子自行繁殖 300 個後代。但它們也與該物種的雄性繁殖——在其中它們扮演雌性的角色。為了讓雄性傳遞它們的遺傳密碼，它們需要一些額外的硬連線來尋找配偶並進行授精。埃蒙斯說，目前尚不清楚為什麼連線方面存在如此多的性別差異，顯然超出了生殖功能。
雌雄同體有 302 個神經元，連線到 132 塊肌肉和 26 個其他部位，例如腸道、性腺和皮膚。研究發現，相比之下，雄性秀麗隱杆線蟲有 385 個神經元，連線到 155 塊肌肉和 39 個其他位置。
早期的研究人員檢查了雌雄同體，但這項工作非常艱鉅，以至於實驗室沒有繼續研究雄性，儘管它已經對雌雄都進行了成像。1999 年，埃蒙斯認為，擁有雌雄兩種性別的佈線圖將很有用，但直到 2012 年，他才發表了對雄性尾部的詳細檢查報告，該區域與雌性尾部的差異最大。在新論文中，埃蒙斯和他的同事完成了整個雄性的圖譜，並重做了雌性版本，以確保圖譜具有可比性。
印第安納大學心理學和腦科學系教授奧拉夫·斯波恩斯說，雖然這項新努力並非完美，並且仍然缺少關於特定連線重要性的資訊，但它仍然值得付出努力。斯波恩斯沒有參與這項工作。他說，要了解神經系統如何工作，就需要弄清楚該系統的各個要素是如何連線的，“真的不可能有其他方法”。他指出：“我真的很難想象，如果沒有現在為秀麗隱杆線蟲提供的這組基本資料集，我們如何才能完整地瞭解大腦和行為如何相互作用。”
埃蒙斯說，雖然自早期研究以來技術顯然已經進步，但這項工作仍然無法自動化。每個神經元上的每個彎曲和凸起都必須由某人點選滑鼠來記錄。然後，該軟體會繪製每個神經元及其連線的圖譜，從而使任務的這一部分變得容易得多。
但也許這項努力的最大資訊是，一個適度的連線組可能有多麼複雜。“與其他動物相比，蠕蟲在細胞數量級別上可能很簡單，但在其行為方面卻並不簡單，”埃蒙斯說。“它具有學習能力，它具有記憶力，它具有恐懼感，它可以學習捕食者的存在並逃離它們，它可以導航到食物，它可以找到異性，一旦遇到異性，它就知道如何與它交配。”
加州理工學院帕薩迪納分校的生物學教授保羅·斯特恩伯格說，這種複雜性令人感到謙卑。斯特恩伯格曾是埃蒙斯的博士後，他審閱了這篇論文，但沒有參與撰寫。他說：“即使我們要花 50 多年的時間，甚至更久，才能獲得關於我們自身的資訊，那也是值得的。”連線組永遠無法回答我們所有關於大腦如何運作的問題，但它是答案的一部分，斯特恩伯格說。
斯特恩伯格說：“如果蠕蟲可以用如此少的神經元做這麼多事情，而我們擁有的神經元數量級更多，那麼我們就太了不起了。”