圖片來源：Eye of Science/Science Photo Library
科學家繪制了第一張完整的昆蟲大腦圖譜，包括所有神經元和突觸。這是理解大腦如何處理感官信息流并將其轉化為行動的里程碑式成就。相關論文3月9日發表于《科學》。
果蠅是一種重要的模式動物，黑腹果蠅幼蟲的大腦比罌粟籽還小。這項研究首次提供了黑腹果蠅被稱為連接體的大腦接線圖，描繪了其幼蟲大腦中的3016個神經元和54.8萬個突觸。
“現在有了可參考的大腦圖譜，我們可以在阿爾茨海默病、帕金森癥以及任何退行性疾病模型中觀察連接性的變化。”論文合著者、英國劍橋大學神經科學家Marta Zlatic說。
到目前為止，科學家只繪制了秀麗隱桿線蟲、杜氏闊沙蠶的連接體，此外還有玻璃海鞘幼蟲。
果蠅是連接體研究的理想模型，因為科學家已經對其基因組進行了測序，而且幼蟲的身體是透明的。果蠅也表現出復雜的行為，包括學習、導航、處理氣味以及權衡一項行動的風險和收益。
“它的規模對于目前的技術來說是可控的。”中國臺灣清華大學計算神經科學家Chung-Chuang Lo表示。
“如果是上世紀80年代秀麗隱桿線蟲的工作還在進行時，就追問果蠅這個項目，那是不可能的。”論文合著者、劍橋大學神經科學家Albert Cardona說。
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6小時大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元和突觸，并花了幾個月的時間手動檢查它們。
研究人員確定了3016個神經元，其中93%與另一個大腦半球的伙伴神經元配對。大多數未配對的神經元是凱尼恩細胞，即學習和記憶中心的關鍵神經元。
研究人員隨后追蹤了每個神經元的扭曲連接，并注釋了54.8萬個突觸，這些突觸可分為4種類型。德國科隆大學神經科學家Kei Ito說：“這真的很耗時，是一項勞動密集型工作。”
大多數連接體的研究工作都包括一種類型的連接——從一個神經元的軸突到另一個神經元的樹突，而忽略了軸突到軸突或樹突到樹突的連接。“現在我們需要重新考慮它們，因此應創建一個新的神經系統計算模型。”Lo說。
這項研究的大腦接線圖顯示，昆蟲大腦是多層的，不同長度的通路連接著大腦的輸入和輸出。“這是一種很好的嵌套結構。” 論文合著者、英國劍橋大學神經科學家Michael Winding說。
但有些大腦網絡有“捷徑”，可以跳過幾層。作者認為，這樣的捷徑可以提高大腦計算能力，彌補神經元數量有限的不足。他們還發現，41%的大腦神經元形成了“循環回路”，向上游“伙伴”提供反饋。
這些捷徑和循環類似于人工智能研究中使用的最先進的人工神經網絡。
目前的圖譜只提供了單一動物的數據，Lo說，下一步是繪制成年果蠅的大腦，它更復雜，神經元也更多。作者表示，技術的進步將允許最終繪制其他物種的圖譜。
相關論文信息：https://doi.org/10.1126/science.add9330
發表于16日《自然》的研究表明，移植到小鼠體內的人腦類器官能夠重現大腦發育的某些重要特征，包括形成功能性神經網絡，從而支持腦活動。這一成果得益于一種培育腦容量縮小小鼠的方法，使得人腦類器官能夠與小鼠大......
一項8月21日發表于《自然?醫學》的研究表明，抑郁癥患者大腦生成新神經元的能力弱于無抑郁癥的人群。該研究繪制出迄今最完整的人類成年海馬體細胞圖譜，海馬體是參與學習、記憶與情緒調控的腦區。抑郁癥患者大腦......
記憶無疑存在大腦里，按道理，它們應該“住”在突觸上。一百多年來，神經科學家一直相信一個很直觀的畫面：每次你學會一首歌、記住一張臉，大腦里就會有那么幾個突觸被加固了。就像在沙灘上踩出腳印，踩得越深，痕跡......
研究人員在小鼠身上發現了一組能在跑步后提升耐力的神經元。他們推測人體內也存在類似神經元，未來可通過藥物或其他療法靶向作用，增強運動帶來的效果。相關論文近日發表于《神經元》。幾十年來，人們已經知道，大腦......
腦細胞如何決定何時“吞入”外界物質，一直是神經科學的重要問題。美國賓夕法尼亞州立大學研究團隊最新發現，神經元表面下方一種名為膜相關周期性骨架（MPS）的晶格狀結構，可能充當內吞作用的關鍵“守門人”，通......
瑞士洛桑聯邦理工學院腦心智研究所科學家在10日出版的《神經元》雜志上發表論文指出：通過重編程與記憶相關的特定神經元，可有效恢復多種疾病模型小鼠的記憶功能。團隊將目光投向一類特殊的神經元——“記憶印痕細......
美國艾倫研究所和霍華德·休斯醫學研究所科學家通過蛋白質工程技術，改造出一種特殊蛋白，名為iGluSnFR4，這是一種分子級“谷氨酸指示器”，可用于實時觀察大腦中神經元的交流過程。這一成果有助破譯大腦隱......
蟲媒病是通過節肢動物媒介（簡稱“蟲媒”）傳播的疾病，其核心機制為病原微生物在蟲媒和宿主間形成的“病原—蟲媒—宿主”三元互作體系，該體系也是蟲媒病害防控的核心節點。病原微生物感染宿主后，可對媒介昆蟲適合......
在禁食或低血糖等壓力情況下，腦部能調控葡萄糖釋放，但這種調控作用在日常生活中卻鮮少被關注。據最新一期《分子代謝》雜志報道，美國密歇根大學的一項新研究表明，下丘腦的一類特定神經元能幫助大腦在日常情況下維......
8月11日，《自然-神經科學》（NatureNeuroscience）在線發表了題為Cross-speciesanalysisofadulthippocampalneurogenesisreveals......