一个国际科研团队日前在美国《科学》杂志上发表论文说,他们绘制出了果蝇幼虫脑部的完整连接组,即包含所有神经元及其连接状况的线路图。这是第一份完整的昆虫“脑图谱”,将成为神经科学研究的重要工具,并可能为人工智能发展提供参考。
英国剑桥大学、美国约翰斯·霍普金斯大学等机构的研究人员经过12年的努力,绘制了这个包含3016个神经元、548000个突触的高清连接组,是迄今绘制的最复杂、最完整的动物连接组。
研究人员使用一只孵化后6小时的黑腹果蝇幼虫,将它的脑切成几千片,分别用电子显微镜在纳米尺度上成像,辨认神经元和突触,拼合到一起成为完整的三维图像。
团队随后根据突触连接特点将神经元分为93类,并分析了神经元和突触在全脑的分布、信息流动方向等特征。研究显示,果蝇幼虫脑部的某些特征与当前最先进的人工智能(AI)深度学习架构类似,如跳跃连接、嵌套循环等。
如果将动物的脑比作电脑,绘制出精确到单个神经元的连接组,相当于从集成电路线路图的层面弄清这台电脑的构造,对理解其运行机制至关重要。由于技术限制,此前人们只绘制了秀丽隐杆线虫等三种简单生物的完整连接组,分别包含几百到一千多个神经元。
相比脊椎动物,果蝇的神经系统规模很小、易于研究,又有一定的复杂性,使果蝇拥有丰富的行为,包括学习、根据价值决策、在不同情况下采取不同行动等,这使果蝇在神经科学研究方面有重要作用。
哺乳动物的脑太复杂,目前的技术还无法绘制出全脑连接组。