在科幻电影《苍蝇》中，一位科学家意外地变成了一只带翅膀的昆虫，最终导致了他的毁灭。本周，在一系列关于果蝇的科学文章中，一个科学家团队详细阐述了黑腹果蝇大脑的运作方式——为更好地理解人类大脑如何将感官转化为行动、处理思想以及，也许是最神秘的，如何将经验储存为记忆铺平了道路。
《自然》杂志上发表的这些研究成果——一项由庞大国际研究团队历时10多年工作的结晶——包含两个关键组成部分：一份“零件清单”，命名并描述了数千个神经细胞的功能；以及一份“布线图”，描绘了这些零件如何连接。
另有七篇论文探讨了这些数据如何应用于更深入地了解果蝇大脑的工作原理。总而言之，这些研究首次完整、详细地揭示了一个复杂的大脑。
来自果蝇大脑的神秘信号
神经科学家们在这个项目中解决的基本问题是，果蝇大脑（最终是人脑中的数十亿神经元）中成千上万的神经元如何协同工作，处理转化为行动的信号。“那只是一个基本的谜团，”佛蒙特大学神经科学教授Davi Bock说。
由于这项研究超越了仅仅计数和识别神经元类型，这成为可能。该图谱还包括数百万个突触连接。“通过神经元之间的突触连接，我们可以将连接性纳入我们对类型的定义中，”Bock说。“这被证明非常强大。”记忆如何储存和检索也许是神经科学最大的“黑箱”。这张详细的图谱很可能会揭示这个谜团。
“你的大脑由1000亿个神经元组成，”该研究的主要作者之一Bock说。“通过理解一个拥有约10万个神经元的动物，我们可以更接近理解我们自己。”
果蝇大脑如何帮助我们理解人脑
尽管从果蝇到人类的“扩大”似乎是一个巨大的飞跃，但科学家们创造的数据应该提供一个坚实的发射台。例如，人类和果蝇共享的数千种神经元中有许多是相似的。这项工作的结果是，现在在果蝇中已知的、具有明确功能的命名细胞类型比人类更多。将人脑中未知的神经元与果蝇中已知的神经元进行比较应该有助于弥合这一差距。
对于神经——以及基本的神经网络——如何对触摸或气味等基本刺激作出反应也是如此。该团队已经开始构建此类网络的计算机模型，这些模型可以应用于人类并最终进行扩展。
“事实证明，人脑和果蝇大脑之间存在显著的趋同，”Bock说。“例如，嗅觉系统惊人地相似，”Bock说。
阅读更多：这些果蝇看到死亡后老得更快
绘制神经元和大脑功能图
拥有整个果蝇大脑的地图及其所有部分的总和，应该能让研究人员更深入地了解这些系统如何运作。“如果我们想了解大脑如何工作，我们需要机械地理解所有神经元如何协同工作，让你思考，”来自英国剑桥大学的合著者Gregory Jefferis在一份新闻稿中说。“对于大多数大脑，我们不知道这些网络是如何运作的。现在对于果蝇，我们有了这个完整的布线图，这是理解复杂大脑功能的关键一步。”
达到这一点是一个漫长而艰苦的过程，涉及数百名科学家。它始于2013年，当时Bock在霍华德·休斯医学研究所弗吉尼亚州的珍妮莉亚研究园区与同事们取出了一个罂粟籽大小的果蝇大脑，将其浸入树脂中，使其硬化，然后将这块硬块切成比人发丝还薄的许多切片，然后通过一台超高分辨率显微镜拍摄每个切片。
那是最简单的部分。他们重复这个过程一千多次，产生了数百万张图片。然后，全球团队着手识别每个独立的神经元和突触连接。最后，他们使用复杂的计算机软件将这些部分组合成一个三维地图。
Bock 说，从事这个项目解决了他选择这个研究领域的核心原因。“我们每个人每天都带着大约 1000 亿个神经元协同工作，我们认为这是理所当然的。但不知何故，它产生了我们称之为生命体验的东西，”Bock 说。“这是一个深刻的谜团，也是吸引大多数神经科学家进入这个领域的原因。”
果蝇大脑研究的关键数据
76 个实验室和 287 名个人
7,050 张大脑切片
2100 万张显微镜图像
139,255 个神经元
5000 万个化学突触
8,453 种细胞类型（目前人脑中仅识别出 3,300 种神经元细胞类型）
490 英尺的神经元“布线”
阅读更多：世界上最大的 5 种昆虫
文章来源
我们的Discovermagazine.com作家在文章中采用同行评审研究和高质量来源，我们的编辑会审阅科学准确性和编辑标准。请查看本文使用的以下来源
自然杂志。果蝇全脑注释与多连接体细胞分型
BioRxv。成人大脑的神经元布线图
佛蒙特大学神经科学教授。Davi Bock
英国剑桥大学合著者。Gregory Jefferis
在加入Discover Magazine之前，Paul做了20多年的科学记者，专注于美国生命科学政策和全球科学职业问题。他的职业生涯始于报纸，后来转向科学杂志。他的作品曾出现在《科学新闻》、《科学》、《自然》和《科学美国人》等出版物上。
