科学家绘制果蝇完整大脑高清图

研究人员用电子显微镜重建了果蝇的一系列神经元。资料来源:ZHENG等人

最近几天，科学家首次对果蝇的整个大脑进行了足够详细的成像，以检测每个神经元之间的个体联系或突触。由此获得的图像数据库可以帮助研究人员描述支持果蝇各种行为的神经回路，如嗅嗅、嗡嗡和在空气中飞行。[科学相关文章]

“可以说，这一数据集及其创造的研究机会是神经生物学领域最近最重要的事件之一。”美国哈佛大学的神经生物学家蕾切尔·威尔森没有参与最新的研究，他说，“任何对这个数据集感兴趣的人都可以下载它，并找出任何两个神经元是如何交流的”。"

与人类头骨中大约1000亿个神经元相比，拥有100，000个神经元的果蝇大脑是非常初级的。但是，霍华德·休斯医学研究所詹妮亚研究公园的神经科学家达维·博克认为，果蝇不仅仅是“晚餐时从杯子里飘走的小污点”果蝇大脑中的一些系统，如负责检测和记忆气味的系统，可能与人类共享“共同原则”。

为了阐明单个突触的特征，Bock和他的同事们使用了一种电子显微镜，这种电子显微镜比传统的光学显微镜能够分辨更细微的细节。他们将果蝇的大脑浸泡在含有重金属的溶液中。这些重金属与神经元细胞膜和突触中的蛋白质结合。博克解释说，这让大脑看起来像一团面条，外面是黑色，里面是白色。后来，研究人员用一把钻石刀将大脑切割成大约7000块。每一片都被来自显微镜的电子束撞击产生图像。

这个过程需要一台每秒能捕捉100帧的照相机，一个允许每个大脑切片快速进入纳米级位置的机器人系统，以及一个将由此获得的2100万幅图像拼接在一起的软件。由此产生的重建图使研究人员能够专注于单个突触的特征。

"就技术成就而言，这篇论文绝对是一篇杰作."洛克菲勒大学的神经生物学家科妮莉亚·巴格曼说。巴格曼研究秀丽隐杆线虫的神经系统。秀丽隐杆线虫302个神经元或连锁群的接线图发表于1986年。为了获得果蝇的相似图像，研究人员不得不使用最新的图像来追踪大脑中每个神经元和它“听”和“说”的其他每个神经元之间的联系。

博克和他的团队到目前为止已经完成了对大脑中少量神经元的研究。大脑的这一部分参与学习和记忆气味，被称为蘑菇体。最近发表在《细胞》杂志上的这项研究提供了果蝇嗅觉系统的新细节。例如，向蘑菇细胞传递气味信息的神经元形成异常紧密的束。目前，Bock团队正在寻找果蝇如何从环境中闻到气味的线索。

如果全球研究小组成功绘制出果蝇大脑的完整接线图，那么他们需要将这些信息与其他技术结合起来，记录活果蝇的大脑活动。巴格曼说，神经元之间的连接强度随着不同的情况和时间而变化。“我花了30年时间研究有机体的结缔组织，我们仍在探索这种神经系统是如何工作的。”

然而，最新论文中描述的技术能力表明，很快就有可能描绘出进化过程中与人类更接近的另一个大脑连接群。考虑到斑马鱼已经证明这些方法对果蝇有效，它们的复杂性也是一样的。巴格曼说，“我认为我们可能很快在脊椎动物上取得突破。”(慢慢地)

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.06.019

中国科学新闻(2018-07-24，第二版国际)