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| 全球首張昆蟲大腦“地圖”繪制完成 |
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全球首張昆蟲大腦“地圖”繪制完成
圖片來源：Eye of Science/Science Photo Library
來自英國劍橋大學、美國約翰斯•霍普金斯大學等多家頂尖機構的研究人員，首次完整地對果蠅幼蟲的大腦連接組進行重建，繪制出第一張完整的昆蟲大腦圖譜，包括所有神經元和突觸。這是了解大腦如何處理感官信息流并將其轉化為行動的里程碑式成就。2023年3月9日，《科學》發表了這項研究成果。
上世紀70年代，人類開始了以蛔蟲為首個實驗對象的大腦圖譜繪制歷程，最終產生了部分圖譜并獲得了諾貝爾獎。從那時起，部分連接體已被映射到許多系統中，包括果蠅、小鼠甚至人類。但這些重建通常只代表整個大腦的一小部分，綜合連接體僅針對體內有幾百到幾千個神經元的幾種小物種生成，如蛔蟲、海鞘幼蟲和海洋環節動物蠕蟲幼蟲。
研究人員花了一年半時間，用納米分辨率的電子顯微鏡捕捉了一只出生6小時的果蠅幼蟲的大腦圖像。然后，他們使用計算機輔助程序精確定位神經元和突觸，并花了幾個月的時間手動檢查它們。在計算機分析的輔助下，研究人員確定了3016個神經元，其中93%與另一個大腦半球的伙伴神經元配對。大多數未配對的神經元是凱尼恩細胞，即學習和記憶中心的關鍵神經元。研究人員隨后追蹤了每個神經元的扭曲連接，并注釋了54.8萬個突觸，這些突觸可分為4種類型。他們還開發了計算工具，以識別昆蟲大腦中可能的信息流路徑和不同類型的電路圖案。
研究團隊特意選擇了果蠅幼蟲，因為對于昆蟲而言，該物種與人類共享許多基本生物學特性，同時，它還具有豐富的學習和決策行為，這使其成為神經科學中最有用的模型生物之一。出于實用目的，研究人員還可在合理的時間范圍內對其相對緊湊的大腦進行成像并重建其回路。
這是有史以來第一張昆蟲大腦“地圖”，也是神經科學領域的一項里程碑式成就，使科學家更接近對思維機制的真正理解，為未來的大腦研究提供支持，并且還可能激發新的機器學習架構。■
《科學新聞》 (科學新聞2024年2月刊 封面)