普通果蝇（黑腹果蝇）的大脑不比罂粟种子大，但这个微小的组织却拥有数万个神经元，它们由数百万个突触连接。尽管它无法与拥有超过800亿个神经元的人脑相提并论，但果蝇器官仍然是研究更复杂动物某些基本行为的神经回路的宝贵工具。利用果蝇，科学家们现在构建了迄今为止最大的大脑图谱。
霍华德·休斯医学研究所珍妮莉娅研究园区执行主任杰里·鲁宾 (Gerry Rubin) 表示，创建果蝇连接体——神经元和突触的连接图——的梦想已经孕育了十多年。鲁宾和他在珍妮莉娅 FlyEM 小组的同事们现在朝着实现这个目标迈出了一大步：他们完成了一个覆盖果蝇大脑大约三分之一区域的连接体，其中包括参与学习、嗅觉和空间导航等关键功能的区域。这个被称为半脑的数据集包含超过20,000个神经元和大约2000万个突触连接。今天，该团队在珍妮莉娅的网站上发布了数据，并在预印本服务器 bioRxiv 上发布了相应的稿件。
鲁宾将连接体比作谷歌地图。就像您使用导航工具搜索从纽约市到旧金山的路线一样，连接体可以揭示连接神经元 A 和神经元 B 的路径。研究人员过去曾详细地对整个果蝇大脑进行成像，但分辨率较低。迄今为止唯一的完整连接体是线虫秀丽隐杆线虫的，它仅包含302个神经元。“我认为这次数据发布真正重要的影响将是向人们展示当您拥有一个具有有趣行为的动物的完整连接体时，您可以获得什么样的见解，”鲁宾说。
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这项壮举需要来自各个学科（包括生物学、计算机科学和物理学）的数十名研究人员的工作。它还涉及许多艰苦的步骤：切片样本，使用聚焦离子束扫描电子显微镜 (FIB-SEM) 对其进行成像——这是一种利用带电粒子缓慢地剥离组织块的技术——以及识别和标记神经元和突触。
最后一步是通过将谷歌的机器学习算法与珍妮莉娅的一组校对员相结合来完成的。据鲁宾说，谷歌与珍妮莉娅的合作是由维伦·贾恩 (Viren Jain) 促成的，他是这家科技公司的研究科学家，曾任职于珍妮莉娅。贾恩和他的同事们正在寻找一个数据集来测试谷歌用于图像分割的算法——一个涉及识别图像组成部分并标记它们的过程。另一方面，珍妮莉娅正在寻求帮助来分析果蝇大脑成像产生的大量数据。
德国马丁斯里德马克斯·普朗克神经生物学研究所的神经科学家亚历山大·博斯特 (Alexander Borst) 说：“果蝇 [神经科学] 界将从这个连接体数据中获益匪浅。”博斯特不是 FlyEM 的成员，但却是鲁宾的合作者之一，他指出连接体数据存在一些局限性。虽然这些信息可以为研究人员节省大量时间，因为它使他们不必为了找到他们感兴趣的神经元的突触连接而进行艰苦的实验，但“就其本身而言，[连接体] 并不能解决大脑如何控制行为的难题，”他说。“它只是提供了一个数据集，就像电话簿一样，您可以在其中查找电话号码。”
果蝇大脑本身也有一些局限性。虽然昆虫可以用来研究导航和嗅觉等功能，但啮齿动物或灵长类动物等动物拥有更多模拟我们自己的行为。出于这个原因，科学家们还希望建立小鼠大脑的连接体。美国国立卫生研究院院长的一个咨询小组最近在其大脑倡议 2.0 报告中将该计划确定为“变革性项目”。然而，存在一些挑战。不仅小鼠的大脑比果蝇的大脑大得多，而且它们之间的可变性也更大。普林斯顿大学的神经科学家塞巴斯蒂安·承 (Sebastian Seung) 表示，与蠕虫和果蝇不同，小鼠（和人类）的大脑更容易受到经验的影响。（承不是 FlyEM 的成员，但他参与了 FlyWire，这是一个旨在借助众包建立果蝇连接体的项目。）
FlyEM 小组现在正在构建果蝇完整神经系统的电路图——它由整个大脑和神经索（昆虫中类似脊髓的结构）组成。斯蒂芬·普拉萨 (Stephen Plaza) 是 FlyEM 项目的负责人，他说他和他的同事们预计将在未来两年内完成这个项目。与此同时，他补充说，该小组计划继续评估半脑数据，并在用户指出任何错误标记的神经元或遗漏的连接时更新它们。“我们不认为这是最终的篇章，”普拉萨说。