Google 繪製雄性果蠅全腦圖譜：16.6 萬神經元串出完整迴路

想徹底搞清楚動物的大腦到底怎麼控制行為，最徹底的笨辦法，就是把每一根神經纖維都找出來，畫一張連線圖。

這件事情 Google 和神經科學家們真做成了。9 月 3 日，Google Research 聯合霍華德·休斯醫學研究所 Janelia 園區、劍橋大學以及英國 MRC 分子生物學實驗室，在《Cell》期刊上發表了一項耗時十年的成果：他們完整重建了成年雄性果蠅的大腦與整個中樞神經系統連線圖譜。

這是目前全球按神經元數量計算規模最大的完整大腦連線圖。

16.6 萬個神經元，連脊髓也一起畫進去了

這張圖譜總共標記了超過 16.6 萬個神經元，涵蓋大約 1.25 億個突觸連線。

研究團隊還在裡面細分出了將近 1.17 萬種不同的神經元型別。從尺寸、形態、功能到基因表達，這些神經元被分門別類歸納得清清楚楚。

更關鍵的是，這次畫出來的不僅是大腦。它還包含了果蠅的腹神經索，也就是相當於人類脊髓的那部分結構。

以前很多圖譜只切大腦，看不清指令怎麼發到身體。現在，科學家第一次能看著這張圖，完整追蹤訊號怎麼從果蠅的複眼和口器進來，經過中樞中繼，再順著腹神經索傳到控制翅膀和腳的運動神經元上。

AI 啃切片，還原雄果蠅的求偶迴路

畫出這種奈米級圖譜，光靠人工幾乎是不可能的。研究人員要把果蠅神經系統切成數以百萬計的超薄切片，拿電子顯微鏡一張張拍照，再靠計算機把海量二維影像拼回三維立體模型。

Google 團隊在這裡派上了卷積神經網路和專門的泛洪填充網路。他們後來還把合成神經元塞進訓練集，用一套叫 PATHFINDER 的系統大幅提升了重建速度和精度。不過，就算有了 AI 演算法打底，最終仍然離不開 Janelia 專家團隊數年的逐一核對與人工校驗。

有了完整的雄果蠅圖譜，科學家終於能把它和之前公佈的雌果蠅圖譜拿來對比。

結果很有意思：兩性果蠅絕大部分神經元都是同構的，但有少數神經元是性別特異的，還有一些叫二態性神經元。比如一種叫 AOTU012 的感覺處理神經元，男女都有，但它在雄果蠅和雌果蠅腦子裡連的鄰居完全不一樣。

在配套公佈的研究裡，團隊順著這條迴路，把果蠅從眼睛接收視覺訊號、經過被稱為求偶愛之點的雄性特有神經元 LoVP92、最後通往運動神經元 DNg13 的全套連線給徹底摸透了。所有資料目前都通過開源工具 Neuroglancer 免費開放給全球科學家查閱和下載。

為什麼重要

對神經科學和腦疾病研究者來說，這是一份免去盲人摸象的完整底圖。雖然研究者目前還只能拿它研究果蠅的視覺、味覺和求偶行為，但它是研究神經可塑性最紮實的模具。我們不用再去猜神經元之間有沒有連著，而是開啟工具就能看到物理通路，接下來只要驗證它什麼時候通電就行。

對整個行業而言，這證明了 AI for Science 正在從概念變成不可替代的重型科研工具。處理數以億計的奈米級電映象素，純靠人力幾十輩子也做不完。Google 聯手頂級生物實驗室，把計算機視覺塞進微觀切片重建，直接把連線組學的研究速度拉高了一個數量級。他們現在已經把這套方法複製到了象鼻魚和斑馬魚幼體的大腦測繪上，向脊椎動物大步推進。

我們認為，這項工作最聰明的地方，是沒有盲目迷信完全自動化，而是用高精度 AI 重建搭配頂尖專家校驗，硬生生啃下了一張經得起推敲的金標準資料集。當然隱患也是顯而易見的：人類大腦有 860 億個神經元，是果蠅的 50 萬倍以上。即使有最強算力加持，目前這種切片加人工糾錯的路線要走到哺乳動物全腦，成本和時間依然是天文數字。但無論如何，人類第一次在一個複雜生命體上把感知到行動的神經硬體完全看透，這本身就是一個歷史性的分水嶺。