第一个昆虫大脑完成的地图

研究人员已经完成了迄今为止最先进的大脑地图,昆虫,在神经科学里程碑式的成就,让科学家更接近真实的理解机制的思想。

国际团队由约翰霍普金斯大学和剑桥大学产生了惊人的详细图跟踪每一个幼虫果蝇的大脑的神经连接,一个典型的科学模型的大脑与人类。

工作,可能支撑未来的大脑研究和激发新的机器学习架构,今天出现在杂志上科学。

“如果我们想了解我们是谁,我们如何思考,理解思想的机制的一部分,”资深作者约书亚·t·福格斯坦说,约翰霍普金斯大学生物医学工程师专门从事数据驱动的项目——包括,研究神经系统连接。”,关键是要知道如何神经元互相连接。”

第一次尝试映射蛔虫的14年老化的研究开始于1970年代,导致部分地图和诺贝尔奖。自那时以来,部分连接体被映射在许多系统中,包括苍蝇、老鼠,甚至人类,但这些重建通常只有大脑仅占总数的一小部分。全面的连接体只有几个小物种生成几百几千个神经元在动物界蛔虫,幼虫海鞘和海洋环节动物蠕虫幼虫。

这支球队的婴儿果蝇的连接体,黑腹果蝇幼虫,是最完整和最广阔的整个昆虫大脑地图完成。它包含3016个神经元,每联系:548000。

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“这是50年,这是第一个大脑的连接体。国旗在沙滩上,我们可以这样做,”福格斯坦说。“一切都已经工作了。”

映射整个大脑是困难和耗时过长,即使最好的现代技术。再得到一个完整的大脑需要切成成百上千个人的组织样本,所有这些以前与电子显微镜成像重建这些碎片的艰苦的过程,由神经元,神经元成一个完整的、准确的画像一个大脑。花了超过十年,婴儿果蝇。一只老鼠的大脑大约一百万倍的婴儿果蝇,意义映射任何接近人类大脑的机会不太可能在不久的将来,也许甚至在我们有生之年。

团队特意选择了果蝇幼虫,因为对于一个昆虫,物种与人类共享的基本生物学,包括类似的遗传基础。它还拥有丰富的学习和决策行为,使其在神经科学有用的生物模型。和实用目的,其相对紧凑的大脑可以重建成像及其电路在一个合理的时间框架。

即便如此,剑桥大学,约翰霍普金斯大学工作12年。每个神经元成像仅花了一天。

剑桥大学的研究人员创造了大脑的高分辨率图像和手动研究他们发现单个神经元,严格跟踪每一个和连接他们的突触连接。

剑桥把数据交给了约翰霍普金斯大学,研究小组花了三年多使用原始代码创建分析大脑的连接。约翰霍普金斯大学团队开发了基于共享技术找到组神经元连接模式,然后分析了信息可以传播到大脑。

最后,整个团队绘制每个神经元和连接,和分类每个神经元在大脑中发挥的作用。他们发现,大脑最繁忙的电路是那些导致从神经元的学习中心。

约翰霍普金斯的方法开发了适用于任何大脑连接项目和他们的代码是谁试图勾勒出一个更大的动物的大脑,福格斯坦说,并补充说尽管挑战,科学家们预计的鼠标,可能在接下来的十年。其他团队已经在地图上的成年果蝇大脑。Co-first作者本杰明Pedigo,约翰霍普金斯大学生物医学工程博士研究生,希望团队的代码可以帮助揭示重要对比连接在成年人的大脑和幼虫。作为连接体生成更多的幼虫和从其他相关物种,Pedigo预计他们的分析技术可能会导致更好的理解大脑的变化。

果蝇幼虫的工作显示电路的特性,是非常让人想起著名的和强大的机器学习架构。团队期望继续研究将揭示更多的计算原则和可能激发新的人工智能系统。

“我们了解果蝇的代码将为人类的代码产生影响,”福格斯坦说。“这就是我们想要了解如何编写一个程序,导致人类大脑网络。”

参考:绕组M, Pedigo BD,巴恩斯CL, et al .昆虫大脑的连接体。科学。379 (6636):eadd9330。doi:10.1126 / science.add9330。

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