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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(gòu)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(jīng)元和突觸。這是了解大腦如何處理感官信息流并將其轉(zhuǎn)化為行動的里程碑式成就。2023年3月9日，《科學》發(fā)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(chǎn)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(tǒng)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(nèi)有幾百到幾千個神經(jīng)元的幾種小物種生成，如蛔蟲、海鞘幼蟲和海洋環(huán)節(jié)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(jīng)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(jīng)元，其中93%與另一個大腦半球的伙伴神經(jīng)元配對。大多數(shù)未配對的神經(jīng)元是凱尼恩細胞，即學習和記憶中心的關(guān)鍵神經(jīng)元。研究人員隨后追蹤了每個神經(jīng)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(fā)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(jīng)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(nèi)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(jīng)科學領(lǐng)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(fā)新的機器學習架構(gòu)�！�
《科學新聞》 (科學新聞2024年2月刊 封面)