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　　研究者對(duì)果蠅的研究還在繼續(xù)，近日，來自普林斯頓大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究者發(fā)布了果蠅的全腦連接組，包括約 130k 個(gè)注釋神經(jīng)元和數(shù)千萬個(gè)類型突觸。

　　大家多少都了解，從古老的動(dòng)物開始就存在基本的神經(jīng)系統(tǒng)，但大腦系統(tǒng)的出現(xiàn)要追溯到 5 億年前。研究表明將大腦劃分為不同區(qū)域有助于理解其功能。

　　然而，多年來，關(guān)于神經(jīng)元和突觸層面的神經(jīng)連接圖一直存在爭(zhēng)議，造成這一現(xiàn)象的主要原因在于人類缺乏能夠重構(gòu)此類連接圖的技術(shù)。隨著技術(shù)的發(fā)展，情況在 21 世紀(jì)初才開始發(fā)生變化。

　　直到今天，來自普林斯頓大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究者發(fā)布了果蠅的全腦連接組，這是首個(gè)完整的成年果蠅大腦神經(jīng)連接圖。

　　在該成果發(fā)布之后，有人表示：「許多項(xiàng)目繪制了各種生物的全腦連接組圖，從秀麗線蟲(302 個(gè)神經(jīng)元)到果蠅(約 100k 神經(jīng)元)。以我們目前的計(jì)算能力，為什么不能在一個(gè)虛擬的 3D 環(huán)境中對(duì)這些生物進(jìn)行精確的計(jì)算機(jī)模擬呢?」

　　果蠅的大腦看起來很小，擁有 10^5 個(gè)神經(jīng)元和 10^8 個(gè)突觸，盡管如此，果蠅借助這些能夠完成看、聞、聽、走，當(dāng)然還能飛。

　　長(zhǎng)期以來，研究者通過電子顯微鏡(EM)圖像已經(jīng)對(duì)果蠅大腦的部分區(qū)域進(jìn)行了重建，這些圖像清晰度還不錯(cuò)，能夠顯示出神經(jīng)元的細(xì)小分支和相連的突觸。由此得到的神經(jīng)回路的連接圖為研究者理解大腦如何產(chǎn)生社交行為、與記憶有關(guān)的行為以及導(dǎo)航行為提供了關(guān)鍵見解。

　　然而，EM 方法雖然已經(jīng)應(yīng)用于大腦的部分區(qū)域，并重建了信息豐富的局部連接圖，但對(duì)于更全面地理解大腦功能來說，這種方法還不足夠。

　　此前，研究者基于 Ito 等人的研究來構(gòu)建單個(gè)神經(jīng)突觸網(wǎng)格，本文采用的網(wǎng)格是基于此前生成完整大腦分割的 JFRC2 標(biāo)準(zhǔn)腦模板，這些網(wǎng)格也被用于 Virtual Fly Brain(模擬果蠅)項(xiàng)目。通過一系列非剛性變換，該研究將這些網(wǎng)格從 JFRC2 空間移動(dòng)到 FlyWire(FAFB14.1)空間中。

　　注：FlyWire 是一個(gè)用于探索果蠅大腦的全腦連接組學(xué)平臺(tái)。自 2019 年以來，科學(xué)家和經(jīng)驗(yàn)豐富的校對(duì)員一直在使用 FlyWire 來校對(duì) AI 對(duì)整個(gè)果蠅大腦的分割。截至 2023 年 6 月，在 FlyWire 中已經(jīng)校對(duì)了超過 120,000 個(gè)神經(jīng)元，包括整個(gè)中央大腦。

　　如下圖所示，該研究重建的整個(gè)成年果蠅大腦包含 127,978 個(gè)神經(jīng)元(圖 1a)，它們之間有 5300 萬個(gè)突觸。成年雌性果蠅的全腦圖像 (圖 1e, f) 先前通過串行切片傳輸 EM 獲得，并由 Zheng et al. 發(fā)布到公共領(lǐng)域。

　　本文表明，該研究對(duì)整個(gè)果蠅大腦的重建所得到的連接圖已經(jīng)足夠完整，足以被稱為「連接組(connectome)」。與秀麗隱桿線蟲(300 個(gè)神經(jīng)元，小于 10^4 個(gè)突觸)和果蠅第一齡幼蟲(3,000 個(gè)神經(jīng)元，5×10^5 個(gè)突觸)相比，其連接組有了明顯的飛躍：連接組不僅僅是數(shù)量上超越了果蠅半個(gè)大腦，它還涵蓋了果蠅中央大腦的食道下區(qū)(SEZ)，該區(qū)域?qū)ξ队X和機(jī)械感知等非常重要，此外，連接組還涵蓋了從果蠅大腦向下驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的過程。

　　總體來說，這項(xiàng)工作奠定了某些基礎(chǔ)，既可以深入研究目前和預(yù)期中正常的蒼蠅連接組，也可助力未來的性雙態(tài)、經(jīng)驗(yàn)依賴的可塑性、全腦規(guī)模發(fā)展和疾病等方向的研究。

　　以上就是普林斯頓大學(xué)等機(jī)構(gòu)發(fā)布完整果蠅大腦連接組的相關(guān)內(nèi)容。如果您對(duì)美國(guó)留學(xué)感興趣，歡迎您在線咨詢托普仕留學(xué)老師。托普仕留學(xué)專注美國(guó)TOP30名校申請(qǐng)，采用5v1服務(wù)模式，21步精細(xì)服務(wù)流程，硬性四維標(biāo)準(zhǔn)+六維背景提升等留學(xué)服務(wù)體系，為學(xué)生申請(qǐng)美國(guó)名校提供保障。