周三，10月2日（健康日报）——普林斯顿大学团队绘制了成年果蝇大脑图谱的负责人以一种轻松的方式解释了这一里程碑式的成就，尽管这项工作本身非常复杂。“就像你不会在没有谷歌地图的情况下开车去一个新地方一样，你也不会在没有地图的情况下探索大脑，”主要作者Sven Dorkenwald解释道。他去年从普林斯顿大学获得博士学位，目前在西雅图的艾伦脑科学研究所工作。“我们所做的就是建立了一本大脑图集，并为所有企业、建筑物和街道名称添加了注释。”他在普林斯顿大学的一份新闻稿中补充说：“研究人员现在可以有条不紊地探索大脑，以期更好地理解它。”
研究人员将他们的成果描述为一种“连接组”，即成年果蝇（Drosophila melanogaster）大脑的神经元和突触的详细图谱。该图谱不仅识别了不同类型的神经元和它们之间的化学链接（或突触），还提供了每种神经元分泌的化学物质的信息。果蝇与人类共享60%的DNA，并且有75%的人类遗传疾病在果蝇中有对应的模型。理解果蝇的大脑是理解更复杂物种，包括人类大脑的一步。果蝇是一种深思熟虑的生物，能够形成长期记忆、进行社会互动和长距离导航。现在其连接组已经建立，研究人员希望使用相同的方法来绘制更大脑动物的大脑图谱。
“这是一个重大成就，”研究共同负责人、普林斯顿神经科学研究所主任Mala Murthy说。“对于这种复杂程度的成年动物，还没有其他完整的大脑连接组。”此前，其他研究人员已经绘制了C. elegans线虫和幼虫果蝇的大脑图谱，分别包含302个和3,000个神经元。而成年果蝇的大脑要复杂得多，拥有近14万个神经元，通过估计的5000万个突触相连。
美国国立卫生研究院（NIH）脑科学研究通过先进创新神经技术倡议（BRAIN）主任John Ngai在一份NIH新闻稿中称赞了这一成就。“小小的果蝇令人惊讶地复杂，长期以来一直作为理解行为生物学基础的强大模型，”他说。“这一里程碑不仅为研究人员提供了一套新的工具，用于理解大脑中的电路如何驱动行为，而且重要的是，它为正在进行的BRAIN资助项目铺平了道路，这些项目旨在绘制更大的哺乳动物和人类大脑的连接图。”
在另一篇发表在《自然》杂志上的相关论文中，研究人员报告了创建了一个单独的地图，称为“投影组”，展示了不同脑区之间的投射。投影组允许对特定的脑回路进行详细映射，例如控制飞行方向的复眼脑回路，它接收视觉刺激并帮助果蝇在飞行中定位。
来自普林斯顿大学领导的FlyWire联盟的研究人员，该联盟包括全球76多个实验室的287名研究人员，使用了AI模型和2100万张大脑图像来创建这些地图。AI模型将图像中的“块状物”转换成了带有标签的三维地图。研究人员在工作的过程中与更广泛的科学界分享了他们的成果。
“手动重建整个连接图是不可能的，”项目共同负责人、普林斯顿大学神经科学和计算机科学教授Sebastian Seung指出。“这是展示AI如何推动神经科学发展的一个例子。”NIH的BRAIN计划部分资助了该项目。
“在许多方面，[大脑]比任何人类制造的计算机都强大，但我们大部分时间都不理解其底层逻辑，”Ngai说。“没有对神经元如何相互连接的详细了解，我们就无法理解健康大脑中发生的事情或疾病中出现的问题。”
更多信息：脑图谱与治疗学会解释了脑图谱如何帮助研究人员理解大脑及其在人类健康中的应用。
资料来源：普林斯顿大学，新闻稿，2024年10月2日
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