由普林斯頓大學領導的神經科學家團隊透過一隻成年果蠅（Drosophila melanogaster）的大腦，繪製了一張逐個神經元和逐個突觸的路線圖–科學上稱為”連接組”，從而在理解人類大腦方面邁出了一大步。

對於許多令人心碎的腦部疾病，如癡呆症、帕金森氏症、阿茲海默症等，醫生只能對症下藥。為什麼？ 因為治療我們不了解的東西是一件令人困惑的事情，而人類大腦有數百萬個神經元，由100萬億個突觸連接，其複雜程度幾乎令人絕望。

普林斯頓大學領導的科學家團隊首次建立了成年果蠅大腦的詳細連結組，這是一個擁有近14萬個神經元的複雜網路。 《自然》雜誌對神經科學領域的這一重大進展進行了報道，多家全球機構參與了這項工作，凸顯了果蠅大腦的複雜性及其對人類神經系統疾病的潛在啟示。

由普林斯頓大學領導的研究人員繪製了第一張詳細的逐神經元和逐突觸的成年果蠅（Drosophila melanogaster）大腦路線圖，實現了大腦研究的一個重要里程碑。 這項研究是10月2日《自然》（Nature）特刊的旗艦文章，該特刊專門討論了新的果蠅”連接組”。

先前的研究繪製了擁有302個神經元的秀麗隱桿線蟲的大腦圖譜，以及由大約3000個神經元組成的果蠅幼蟲的大腦圖譜。 然而，成年果蠅的大腦要複雜得多，有近14 萬個神經元和約5,000 萬個連接神經元的突觸。

果蠅與人類共享60%的DNA，每四種人類遺傳疾病中就有三種與果蠅相似。 了解果蠅的大腦是了解人類等更大更複雜物種大腦的墊腳石。

這張圖片顯示了完整的果蠅連結體：一隻成年果蠅大腦中的全部139 255 個腦細胞。 這些神經元的活動驅動著整個生物體，從感官知覺到決策再到飛行。 這些神經元之間有超過5000 萬個連接點（突觸）。 由普林斯頓大學的遊戲玩家、神經科學家和專業追蹤者組成的團隊，利用2100 萬張圖片，煞費苦心地繪製了每個腦細胞的位置和連結。 圖片來源：Tyler Sloan / FlyWire / 普林斯頓大學

「這是一項重大成就，目前還沒有其他如此複雜的成年動物全腦連接組。」普林斯頓神經科學研究所所長馬拉-穆爾西（Mala Murthy）說，他和塞巴斯蒂安-盛（Sebastian Seung）是研究小組的共同負責人。 Murthy 同時也是普林斯頓大學卡羅爾和瑪妮-馬辛96 級神經科學教授。

普林斯頓大學的Seung和Murthy是《自然》期刊旗艦論文的共同資深作者，該期刊包括九篇作者重疊的相關論文，分別由普林斯頓大學、佛蒙特大學、劍橋大學、加州大學柏克萊分校、加州大學聖塔芭芭拉分校、柏林自由大學和馬克斯-普朗克佛羅裡達神經科學研究所的研究人員領導。 這項工作的部分經費來自美國國立衛生研究院的BRAIN計劃、普林斯頓神經科學研究所的貝佐斯神經迴路動力學中心和麥克唐納系統神經科學中心，以及本文末尾列出的其他公立和私立神經科學機構和基金。

這張地圖顯示了果蠅大腦連接組中最大的50 個神經元的精確位置和排列。 這50 個神經元以及成年果蠅大腦中的另外139 205 個腦細胞，是由普林斯頓大學領導的神經科學家、遊戲玩家和專業追蹤者團隊精心繪製的。 這些神經元（腦細胞）的活動驅動著生物體的一切活動，從感官感知到決策再到控制飛行。 大腦細胞之間有5000 多萬個連接點（突觸）。 圖片來源：Tyler Sloan 和Amy Sterling / FlyWire / 普林斯頓大學

該地圖由位於普林斯頓大學的飛線聯盟（FlyWire Consortium）開發，該聯盟由全球超過76 個實驗室的團隊和287 名研究人員以及志願遊戲者組成。

斯文-多肯瓦爾德（Sven Dorkenwald）是旗艦論文《自然》（Nature）的主要作者，他是飛線聯盟的領導者。

多肯瓦爾德是普林斯頓大學2023年博士畢業生，現就讀華盛頓大學和艾倫腦科學研究所。他說：”就像如果沒有Google地圖，你就不想開車去一個新地方一樣，如果沒有地圖，你也不想探索大腦。我們所做的就是繪製大腦地圖集，並為所有企業、建築和街道名稱添加註釋。

就像一張描繪出每條小巷和每條高速公路的地圖一樣，果蠅連接體顯示了果蠅大腦中各種規模的連結。

果蠅大腦中約100 個運動神經元的3D 效果圖。 這些神經元控制果蠅的口腔部位。 顏色與它們投射的神經相對應。 圖片來源：FlyWire.ai、Philipp Schlegel（劍橋大學/英國皇家研究中心LMB）

這張圖是由達維-博克（Davi Bock）領導的科學家團隊根據2100萬張雌果蠅大腦圖像繪製的。 研究人員和軟體工程師與普林斯頓大學的塞巴斯蒂安-盛（Sebastian Seung）合作建立了一個人工智慧模型，利用這個模型，這些圖像中的腫塊和圓球被轉化成了帶有標籤的三維地圖。 研究人員並沒有對他們的數據保密，而是從一開始就向科學界公開了他們正在繪製的神經圖譜。

蒼蠅視覺系統中75k 個神經元的3D 效果圖。 圖片來源：FlyWire.ai、Philipp Schlegel（劍橋大學/MRC LMB）

” 人工智慧計算技術的進步使繪製全腦圖成為可能。手動重建整個線路圖是不可能的。” 這項研究的共同負責人之一、普林斯頓大學埃夫寧神經科學教授兼計算機科學教授塞巴史蒂安-承教授說：”這是人工智慧如何推動神經科學向前發展的展示。現在我們有了這張大腦地圖，就可以將哪些神經元與哪些行為相關的問題一網打盡。”

這項研究成果可以為腦部疾病提供量身訂製的治療方法。

美國國立衛生研究院大腦神經網路計畫（BRAIN Initiative）主任約翰-恩蓋（John Ngai）說：「在許多方面，它（大腦）比人類製造的任何電腦都要強大，但在大多數情況下，我們仍然不了解它的內在邏輯。

編譯自/ SciTechDaily