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科學家們已經用許多不同的方式繪製、記錄、建模和可視化了人腦。他們標記了這個器官四個主要腦葉的邊界：額葉、頂葉、顳葉和枕葉。他們將大腦皮層劃分為 50 多個 布羅德曼分割槽——以特定細胞型別和特定認知功能（如處理語言和識別面孔）為特徵的小區域。研究人員用熒光蛋白標記了單個神經元，將灰色的組織轉變成 令人驚歎的腦虹，並跟蹤水分子在神經系統中移動的軌跡，以 追蹤連線大腦區域的神經組織帶。最近，一些科學家提倡連線組的重要性——給定神經系統或大腦中神經元之間所有連線的詳細線路圖。連線組學的支持者認為，徹底瞭解大腦需要精確的神經迴路圖。
製作連線組的標準方法是連續電子顯微鏡——將動物的大腦切成薄片，透過電子顯微鏡拍攝所有駐留神經元的照片，並使用這些照片來費力地重建神經元之間的連線。在 20 世紀 70 年代，生物學家悉尼·布倫納和他的同事開始使用這項技術來繪製一種被稱為秀麗隱杆線蟲的小型蠕蟲神經系統中 302 個神經元和 7,000 個神經連線或突觸的圖譜。他們花了 12 年多的時間才完成這張圖譜。到目前為止，秀麗隱杆線蟲是唯一擁有如此完整連線組的動物。由於哺乳動物的大腦包含數百萬或數十億個神經元以及數十億或數萬億個突觸（取決於物種），研究人員正在尋找更快、更便宜的方法來建立連線組。例如，在哈佛大學，傑夫·利希特曼和他的同事構建了一種 自動磁帶收集超薄切片機 (ATLUM)——這是一種加速將腦組織切成薄片，具有傳送帶效率的機器。
在 一篇新的文章中，冷泉港實驗室的 安東尼·扎多爾 概述了構建連線組可能最快、最便宜的方法——如果他和他的團隊克服一些重大障礙的話。他們的策略，目前仍處於實驗室的原理驗證階段，依賴於 DNA 條形碼和一種透過偷偷穿過神經高速公路來逃避免疫系統的病毒。扎多爾和他的同事將他們的方法稱為 BOINC（個體神經元連線的條形編碼）。
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BOINC 背後的基本思想是利用日益快速且廉價的 DNA 測序技術來製作連線組。如果可以透過分析神經元的 DNA 來推斷神經元是如何連線的，而不是用數千張數碼照片重建神經元之間的連線，那會怎麼樣？以下是它的工作原理。
BOINC 的第一步是為大腦中的每個神經元分配一個唯一的 DNA 條形碼——DNA 核苷酸構建塊 A、T、C 和 G 的獨特序列。為了實現這一點，扎多爾建議使用稱為重組酶的酶來改組神經元基因組的特定片段，這些酶專門用於這種基因改組。扎多爾說，如果 DNA 片段足夠長，並且研究人員使用足夠多的重組酶，那麼任何兩個神經元最終得到相同改組序列的可能性都會非常低。他計算出，20 個核苷酸條形碼的可能排列組合可以唯一標記整個小鼠大腦中大約 7000 萬到 1 億個神經元。一旦神經元被標記，另一組酶會將條形碼從神經元的基因組中切除，並將它們包裝到質粒中——環狀的 DNA 環。
在這個階段分析 DNA 將不會揭示神經元之間的連線，因為自由漂浮的 DNA 條形碼仍然侷限於它們各自的細胞。需要的是一種使連線的神經元交換這些 DNA 條形碼副本的方法。偽狂犬病病毒 (PRV) 應運而生，它實際上與皰疹病毒的關係比狂犬病病毒更密切。PRV 主要感染豬——儘管許多其他哺乳動物也易感——引起發燒、打噴嚏、咳嗽、便秘和嚴重瘙癢。這種病毒透過沿著神經元相互連線的分支爬向大腦來躲避免疫系統，並跨越突觸——分隔通訊神經元的小間隙。
幾十年來，科學家們一直在跟蹤 PRV 在神經系統中移動的軌跡，以便追蹤神經元之間的連線。扎多爾提出了一個全新的想法：誘導 PRV 賦予 DNA 條形碼功能性病毒的特性，以便它們也可以從一個神經元傳播到另一個神經元。
當 PRV 進入細胞時，它會帶來一組蛋白質，這些蛋白質立即開始劫持細胞的分子機制，並複製許多 PRV 病毒。當病毒蛋白質集合識別並結合病毒自身基因組中的特定 DNA 序列時，整個過程就開始了。透過將這些基因序列編織到自由漂浮的質粒 DNA 條形碼中，扎多爾和他的團隊欺騙 PRV 的輔助蛋白質，使其為這些條形碼提供蛋白質外殼，從而使 PRV 能夠從宿主細胞跳到連線的神經元。本質上，DNA 條形碼本身就變成了病毒。重要的是，扎多爾必須確保這些病毒 DNA 條形碼具有單程、單次乘坐的票——它們跳一次然後停止。他認為，透過限制訪問一種有助於其跨突觸傳播的酶，他可以終止條形碼在跳躍一次後的旅程。
如果一切順利，神經元就會變成扎多爾所說的“條形碼袋”——但不是來自大腦各處的條形碼的隨意抓取袋。相反，由於 DNA 條形碼只跳了一次，每個神經元都應該有其自身獨特條形碼的副本，以及與其直接連線的所有神經元的條形碼副本，但沒有來自任何其他神經元的條形碼副本。在每個神經元內，另一種名為 phiC31 整合酶的酶會將來自連線神經元的條形碼連線成對。然後，每個神經元將擁有與其連線到其他神經元的連線一樣多的條形碼對。最後，研究人員將研磨腦組織，提取 DNA 並複製所有成對的 DNA 條形碼的許多副本，這將使他們能夠推斷神經元之間的連線。如果 Alpha34X 的唯一條形碼與 Omega16P、Gamma78V 和 Delta23W 的條形碼配對，那麼這些細胞一定是直接連線的。扎多爾的文章於 10 月 23 日線上發表在PLoS Biology上。
BOINC 是一系列複雜的步驟，涉及微妙的基因和分子操作——在這個過程中可能會出現很多問題。儘管扎多爾遠未克服 BOINC 提出的許多技術挑戰，但他受到了有希望的初步嘗試的鼓舞，並希望儘快發表實驗結果。“我們已經讓所有步驟單獨工作，並且原理驗證證明它們在一起工作得相當好，”他說。到目前為止，他和他的同事專注於小鼠腦細胞培養物，並且已經能夠從 DNA 分析中推斷出一個由數百個神經元組成的神經迴路，儘管他們還不知道它與小鼠大腦中的解剖迴路的匹配程度。扎多爾估計，最終“測序”整個小鼠大腦的連線組將花費約 48,000 美元和一週的工作時間。
扎多爾說：“如果沒有關於潛在神經迴路的真正好的假設，你可能會浪費幾年的研究時間。” “有了連線組，我們可以生成假設並問，‘這甚至有道理嗎？’ 我們可以檢視地圖並說，‘哦，不，不可能是那樣。’ 如果我們知道線路圖是什麼，我們就會極大地限制我們的假設。我不期望理解連線組會給我們所有關於大腦如何工作的答案，但我期望的是，它將徹底改變我們尋找答案的方式。”