這張成年果蠅大腦中每個(gè)神經(jīng)元的圖譜可能值得獲得諾貝爾獎(jiǎng)
這是科學(xué)家們?nèi)〉玫囊豁?xiàng)成就夢(mèng)想大約半個(gè)多世紀(jì)。最后,一個(gè)龐大的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)詳細(xì)地繪制了成年動(dòng)物大腦中每個(gè)有眼睛和腿的神經(jīng)元。
現(xiàn)在任何人都可以自由細(xì)讀的漂亮頭顱不比罌粟種子大,但它包含 139,255 個(gè)神經(jīng)元和 5000 萬(wàn)個(gè)連接。
它屬于一只成年雌性果蠅 (果蠅).
與包含 800 億個(gè)神經(jīng)元和 100 萬(wàn)億個(gè)連接的人腦相比,這似乎是一個(gè)小勝利,但與神經(jīng)科學(xué)家在 1960 年代開(kāi)始的地方相比,這是一個(gè)巨大的飛躍。
如果歷史可以作為參考,那么這項(xiàng)研究可能會(huì)爭(zhēng)奪未來(lái)的諾貝爾獎(jiǎng)。
“這是一項(xiàng)重大成就,”說(shuō)來(lái)自普林斯頓大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家 Mala Murthy 幫助領(lǐng)導(dǎo)了該團(tuán)隊(duì)。
“對(duì)于如此復(fù)雜的成年動(dòng)物,沒(méi)有其他完整的大腦連接組?!?/p>
唯一接近的另一張地圖是成年蒼蠅 'hemibrain 的 3D 圖“,但它只包括大約 20,000 個(gè)神經(jīng)元。
埃默里大學(xué)生物學(xué)家 Anita Devineni 沒(méi)有參與目前的研究,預(yù)測(cè)這張新地圖將“轉(zhuǎn)變果蠅神經(jīng)科學(xué)“,在自然界.
科學(xué)家們首先開(kāi)始映射大約半個(gè)世紀(jì)前,動(dòng)物大腦的布線,這些最初的嘗試集中在一個(gè)非常簡(jiǎn)單的生物上:無(wú)眼無(wú)腿的蠕蟲(chóng),Caenorhabditis (圓柱形脊髓灰質(zhì)炎)秀麗隱桿線蟲(chóng).
2002 年,這個(gè)僅包含 302 個(gè)神經(jīng)元的部分大腦圖譜背后的科學(xué)家們分享了諾貝爾獎(jiǎng).
今天,同樣的壯舉,即曾經(jīng)花了 12 年多要完成,只需不到一個(gè)月.
2023 年,研究人員完成一個(gè)更大的腦圖,包括果蠅幼蟲(chóng)中的所有 3,016 個(gè)神經(jīng)元。
然而,這只動(dòng)物又一次無(wú)法行走或看見(jiàn)。
成年果蠅是下一個(gè)重要步驟。它的大腦網(wǎng)絡(luò)是視覺(jué)和行走復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ),與人類相似,現(xiàn)在可以比以往任何時(shí)候都更詳細(xì)地探索它們。
“蒼蠅可以做各種復(fù)雜的事情,比如走路、飛行、導(dǎo)航,雄性會(huì)唱歌給雌性聽(tīng)。”解釋來(lái)自劍橋大學(xué)的分子生物學(xué)家 Gregory Jefferis 幫助領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究。
“大腦布線圖是了解我們感興趣的一切的第一步——我們?nèi)绾慰刂谱约旱膭?dòng)作、接電話或識(shí)別朋友。”
將這張圖放在一起的團(tuán)隊(duì)包括來(lái)自 122 個(gè)機(jī)構(gòu)的研究人員,普林斯頓大學(xué)、劍橋大學(xué)和佛蒙特大學(xué)做出了重大貢獻(xiàn)。
該地圖需要 7000 多張雌性果蠅大腦切片和 2100 萬(wàn)張圖像,這些數(shù)據(jù)可以填滿 100 臺(tái)普通筆記本電腦的數(shù)據(jù)。
一人工智能計(jì)劃對(duì)于梳理數(shù)據(jù)至關(guān)重要。
結(jié)果現(xiàn)在匯編成不少于 9 篇相關(guān)論文,作者組重疊。
一張紙對(duì)整個(gè)地圖進(jìn)行了注釋。為了糾正計(jì)算機(jī)錯(cuò)誤,建立了一個(gè)眾包項(xiàng)目,全球的研究人員和志愿者可以校對(duì)賦予神經(jīng)元的名稱和功能。一個(gè)人需要 33 年的全職工作才能完成所有 300 萬(wàn)次左右的手動(dòng)編輯。
在圖中所有 8,453 種已知和命名的細(xì)胞類型中,覆蓋了所有神經(jīng)元的 96%,其中 4,500 多種是科學(xué)界的新類型。
“就像你不想在沒(méi)有谷歌地圖的情況下開(kāi)車去一個(gè)新地方一樣,你也不想在沒(méi)有地圖的情況下探索大腦?!?a>解釋神經(jīng)科學(xué)家 Sven Dorkenwald,普林斯頓大學(xué) 2023 年畢業(yè)生。
“我們所做的是構(gòu)建一個(gè)大腦圖譜,并為所有企業(yè)、建筑物、街道名稱添加注釋。有了這個(gè),研究人員現(xiàn)在有能力在我們?cè)噲D理解大腦時(shí)仔細(xì)導(dǎo)航大腦。
合一隨附論文,例如,科學(xué)家們使用帶注釋的地圖來(lái)觸發(fā)果蠅計(jì)算機(jī)大腦中的神經(jīng)元,使其伸展喙以獲取糖分,就像真正的果蠅在激活這些神經(jīng)元時(shí)發(fā)生的那樣。
今天6 個(gè)不同的諾貝爾獎(jiǎng)已提供給研究常見(jiàn)果蠅的研究人員。第 7 個(gè)可能正在路上。
主要發(fā)現(xiàn)發(fā)表在自然界.
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