Sci. Adv.，昆虫大脑的连接体构成

大脑的突触分辨率连接图谱-连接组学是理解大脑如何产生行为的基础。但是，由于技术约束，用电子显微镜（EM）成像整个大脑并从这样的数据集重建电路一直是具有挑战性的。迄今为止，仅为三种有几百个大脑神经元的生物绘制了完整的连接组学图：线虫C. elegans、海鞘幼体Ciona intestinalis和海洋环节动物Platynereis dumerilii。已经尝试通过考虑分离的选择性亚区来接近较大脑部的突触分辨率电路图，例如昆虫、鱼类和哺乳动物。然而，神经计算涵盖空间分散但相互连接的脑区域，理解任何一个计算需要完整的脑连接组学以及所有输入和输出。

3月10日，来自英国剑桥大学动物系的Michael Winding 等人在 Science期刊发表论文"The connectome of an insect brain"。研究人员通过使用大脑的连接组学，研究出动物显示出丰富的行为复杂性，包括学习、价值计算和行动选择的原因

他们生成了一种小型昆虫果蝇幼虫Drosophila melanogaster的整个大脑的连接组学。这种动物显示出丰富的行为复杂性，包括学习、价值计算和行动选择，并与成年果蝇和较大昆虫具有同源的大脑结构。有强大的基因工具可用于选择性操纵或记录单个神经元类型。在这个易于处理的模型系统中，通过连接组学揭示的特定神经元和电路模式的功能角色假说可以很容易地得到测试。         

果蝇幼虫的完整突触分辨率连接组包括3016个神经元和548,000个突触。作者对脑回路结构进行了详细分析，包括连接和神经元类型、网络中心和电路模式。他们使用图形谱嵌入将神经元根据突触连接层次聚类为93个神经元类型，这些类型在其他特征（如形态和功能）方面具有内部一致性。作者发现大量的多感官整合分布在整个脑中，并形成从感觉神经元到输出神经元的多个互联通道，形成了分布式处理网络。脑具有高度的回归结构，41%的神经元接收长距离的回归输入。作者还分析了脑和神经线之间的相互作用。         

研究人员为果蝇幼虫的完整脑连接组生成了一个持久的参考研究，为脑功能的大量理论和实验研究提供了基础。该研究中使用的方法和计算工具将有助于未来连接组的分析。随着未来映射其他生物的大脑连接组，比较它们将揭示不同生物之间行为差异的共同和独特的电路结构。作者还指出，在果蝇幼虫脑中观察到的一些结构特征在最先进的人工神经网络中也存在，这可以帮助增加大脑的计算能力，并启发新的机器学习架构。

原文链接: https://www.science.org/doi/10.1126/science.add9330

转自：“科学研究进展”微信公众号

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