霍华德休斯医学研究所的研究人员以高分辨率成像了整个果蝇大脑。这里追踪到的神经元（彩色显示）将关于气味的信息传递到一个处理记忆和学习的大脑区域。（来源：Z. Zheng 等人/Cell 2018）那些在你储藏室里嗡嗡叫的果蝇可能很烦人，但对神经科学家来说，它们是信息的金矿。这些昆虫虽然微小，却出奇地复杂，拥有至少 10 万个神经元，其大脑能够处理从通过视觉线索导航到复杂的梳理仪式等一切活动。多年来，大脑专家们一直在努力绘制这个芝麻大小的微小昆虫大脑的地图。如今，研究人员已经获得了整个果蝇大脑的高分辨率图像——这是绘制神经元之间连接图的关键工具。在《Cell》杂志上发表的一篇论文中，霍华德休斯医学研究所 Janelia 研究园区的神经科学家 Davi Bock 和他的团队描述了他们如何使用一种称为电子显微镜（EM）的技术，并结合新的高速成像工具来创建这一肖像。
看见意大利面条般的纤维 如你所料，电子显微镜（EM）使用电子束来成像物体。因为电子的波长比可见光短得多，所以电子显微镜的图像具有非常精细、高分辨率。但是，像任何视觉一样，你仍然需要对比度来分辨你实际看到的是什么。为了区分大脑中的单个神经元，Bock 和他的团队用重金属对细胞膜进行了染色。金属浓度高的地方，电子会散射和反射，导致部分变暗；金属含量少的地方，电子则会直接穿过。Bock 说，这“让我们看到了交织在大脑这个大碗里的意大利面条般的纤维。” 但你不能 just 把整个大脑放在电子显微镜下就能得到这种细节。该团队首先需要将大脑硬化在树脂中，“就像汉·索罗被碳凝固一样，”Bock 说，然后将其切割成 7062 个微小的切片。然后，他们以 850 微米（约 0.03 英寸）的部分为单位对每个切片进行成像，并将产生的 2100 万张图像进行数字拼接。过去，以这种方式捕捉大脑是一个极其缓慢的过程。但该团队构建了一个新的相机设置，帮助他们大大加快了速度。他们能够在七分钟内完成一个完整的大脑切片扫描——比以前的技术快了五倍。这种速度对于最终结果至关重要：对果蝇大脑进行整体观察。得益于如此精细的细节，Bock 和同事们还发现了一些令人惊讶的东西，包括在一个之前被认为是随机神经元纠缠的区域发现了新的细胞类型和结构。更大的图景 那么，为什么要研究果蝇的大脑呢？因为这比绘制拥有约 1000 亿个神经元的人类大脑要容易得多。（尽管关于这个数字存在一些争论。）Bock 说：“在这个拥有 10 万个神经元的非常小的系统中，我们正在以前所未有的规模提取布线图。”“而且，这个拥有 10 万个神经元的系统的许多工作原理很可能会被推广到 1000 亿个神经元上。这是我们开始着手解决这个看似无法克服的问题的方法。”
