Google 绘制雄性果蝇全脑图谱：16.6 万神经元串出完整回路

想彻底搞清楚动物的大脑到底怎么控制行为，最彻底的笨办法，就是把每一根神经纤维都找出来，画一张连线图。

这件事情 Google 和神经科学家们真做成了。9 月 3 日，Google Research 联合霍华德·休斯医学研究所 Janelia 园区、剑桥大学以及英国 MRC 分子生物学实验室，在《Cell》期刊上发表了一项耗时十年的成果：他们完整重建了成年雄性果蝇的大脑与整个中枢神经系统连接图谱。

这是目前全球按神经元数量计算规模最大的完整大脑连线图。

16.6 万个神经元，连脊髓也一起画进去了

这张图谱总共标记了超过 16.6 万个神经元，涵盖大约 1.25 亿个突触连接。

研究团队还在里面细分出了将近 1.17 万种不同的神经元类型。从尺寸、形态、功能到基因表达，这些神经元被分门别类归纳得清清楚楚。

更关键的是，这次画出来的不仅是大脑。它还包含了果蝇的腹神经索，也就是相当于人类脊髓的那部分结构。

以前很多图谱只切大脑，看不清指令怎么发到身体。现在，科学家第一次能看着这张图，完整追踪信号怎么从果蝇的复眼和口器进来，经过中枢中继，再顺着腹神经索传到控制翅膀和脚的运动神经元上。

AI 啃切片，还原雄果蝇的求偶回路

画出这种纳米级图谱，光靠人工几乎是不可能的。研究人员要把果蝇神经系统切成数以百万计的超薄切片，拿电子显微镜一张张拍照，再靠计算机把海量二维图像拼回三维立体模型。

Google 团队在这里派上了卷积神经网络和专门的泛洪填充网络。他们后来还把合成神经元塞进训练集，用一套叫 PATHFINDER 的系统大幅提升了重建速度和精度。不过，就算有了 AI 算法打底，最终仍然离不开 Janelia 专家团队数年的逐一核对与人工校验。

有了完整的雄果蝇图谱，科学家终于能把它和之前公布的雌果蝇图谱拿来对比。

结果很有意思：两性果蝇绝大部分神经元都是同构的，但有少数神经元是性别特异的，还有一些叫二态性神经元。比如一种叫 AOTU012 的感觉处理神经元，男女都有，但它在雄果蝇和雌果蝇脑子里连的邻居完全不一样。

在配套公布的研究里，团队顺着这条回路，把果蝇从眼睛接收视觉信号、经过被称为求偶爱之点的雄性特有神经元 LoVP92、最后通往运动神经元 DNg13 的全套连线给彻底摸透了。所有数据目前都通过开源工具 Neuroglancer 免费开放给全球科学家查阅和下载。

为什么重要

对神经科学和脑疾病研究者来说，这是一份免去盲人摸象的完整底图。虽然研究者目前还只能拿它研究果蝇的视觉、味觉和求偶行为，但它是研究神经可塑性最扎实的模具。我们不用再去猜神经元之间有没有连着，而是打开工具就能看到物理通路，接下来只要验证它什么时候通电就行。

对整个行业而言，这证明了 AI for Science 正在从概念变成不可替代的重型科研工具。处理数以亿计的纳米级电镜像素，纯靠人力几十辈子也做不完。Google 联手顶级生物实验室，把计算机视觉塞进微观切片重建，直接把连接组学的研究速度拉高了一个数量级。他们现在已经把这套方法复制到了象鼻鱼和斑马鱼幼体的大脑测绘上，向脊椎动物大步推进。

我们认为，这项工作最聪明的地方，是没有盲目迷信完全自动化，而是用高精度 AI 重建搭配顶尖专家校验，硬生生啃下了一张经得起推敲的金标准数据集。当然隐患也是显而易见的：人类大脑有 860 亿个神经元，是果蝇的 50 万倍以上。即使有最强算力加持，目前这种切片加人工纠错的路线要走到哺乳动物全脑，成本和时间依然是天文数字。但无论如何，人类第一次在一个复杂生命体上把感知到行动的神经硬件完全看透，这本身就是一个历史性的分水岭。