雄性果蝇连接组绘制涵盖大脑和神经索的166,691个神经元
研究人员发布了一份包含166,691个神经元的雄性果蝇连接组，覆盖大脑、视叶和腹侧神经索。
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Google Research、霍华德·休斯医学研究所（Howard Hughes Medical Institute）的Janelia研究园区，以及一个国际合作团队，发布了一份成年雄性果蝇中枢神经系统的突触分辨率连接组。这项重建包含166,691个经校对的神经元，覆盖中央大脑、两个视叶和腹侧神经索——这种昆虫结构通常被比作脊椎动物的脊髓。
Google称，按经校对神经元数量衡量，这一资源是迄今规模最大的大脑图谱。它记录了约1.25亿个突触连接和11,691种已标注的神经元类型。配套研究于2026年9月3日发表在 *Cell* 上，Google AI则于9月9日公开介绍了这项工作。
这一成果并非对果蝇心智的模拟，而是一张结构图，展示神经元、其形态，以及信号可能借以传递的物理连接。它的直接价值在于，研究人员现在能够检查从感觉输入出发、穿过高级脑区、并进入与运动和其他身体动作相关回路的连续通路。
一、新连接组包含什么
MaleCNS数据集重建了一只成年雄性 *Drosophila melanogaster* 的中枢神经系统。其范围包括中央大脑、负责视觉处理的视叶、颈部连接束和腹侧神经索。
这种连续覆盖十分重要。早期的连接组通常分别绘制大脑或神经索；研究人员在研究完整的感觉—运动通路时，需要在不同标本和数据集之间匹配神经元。MaleCNS在同一标本中保留了大脑与神经索之间的连接，使研究者能够追踪一条回路，而无需跨越两份重建之间人为设定的边界。
该项目延续了此前的多个里程碑。2020年的一项“半脑”重建覆盖了雌性果蝇部分大脑中的约25,000个神经元和2,100万个连接。2024年，FlyWire Consortium发布了完整的成年雌性果蝇大脑，包含139,255个神经元和5,450万个突触。另一份2026年的大脑和神经索数据集随后将雌性大脑与腹侧神经索结合，该资源报告了155,916个经校对或大致经校对的神经元。
因此，MaleCNS并非首份完整果蝇大脑图谱，也并非首份大脑与神经索重建。它的独特贡献在于：完成了雄性中枢神经系统的重建，拥有已发表大脑图谱中最高的经校对神经元数量，并提供了一份可在单个突触分辨率下与既有雌性连接组比较的参考。
“完整”一词也需要加以限定。作者用它描述重建在解剖范围上的覆盖，以及他们对几乎所有可追踪神经元的统计，而非声称每一个生物学细节都毫无错误。少量细胞因样本边缘伪影或分割问题而无法重建。
研究报告称，在神经毡区域中，94%的突触前位点和42%的突触后位点与经校对神经元相关联。在检测到的突触连接中，有40.1%的两端均属于经校对神经元。这些比例与早期大型连接组相当或更高，但也清楚表明，“完整布线图”并不意味着对每一个突触都实现了完美盘点。
二、AI和人工校对如何绘制出这张图
重建始于增强型聚焦离子束扫描电子显微镜。7套显微镜系统历时13个月，对0.082立方毫米的体积进行成像，其各向同性分辨率为8纳米。最终数据集包含约160太体素。
计算系统将显微图像对齐为连贯的三维体积。随后，Google的泛洪填充网络进行了初步神经元分割。这些卷积神经网络从图像中的一个位置出发，预测周围哪些像素属于同一个生物对象，从而能够以计算方式分离彼此缠绕、延伸很长的神经突起。
算法还检测了可能的突触、细胞核和神经递质特性。这些预测将电子显微镜体积转换为候选的神经元形态和连接，供专家检查。
AI并未取代人工重建。自动分割可能错误地将两个神经元合并，或将一个神经元拆分成多个片段，而这类错误会扭曲后续所有连接性分析。因此，人工专家审查生成的结构、纠正分割错误，并赋予解剖学和细胞类型标注。
论文估计，对初始分割结果进行校对约需44人年工作量。研究人员检查了每个拥有超过100个突触连接的自动分割片段，并将检测到的细胞核作为额外的统计机制。在141,780个检测到的神经元相关细胞核中，98.9%直接附着于一个经校对神经元；团队估计，其余部分中几乎所有也都已通过基于片段的审查得到覆盖。
这种分工是此次发布背后的主要AI成果。机器学习使得将纳米尺度图像体积转化为候选三维神经元成为可能，但生物学专家仍负责验证这些结构，并解读它们所代表的含义。因此，该数据集是一项由AI辅助的科学重建，而非自主发现系统或大语言模型的产物。
三、现在可以逐突触比较雄性和雌性大脑
这份雄性图谱实现了首次针对雄性与雌性果蝇大脑连接组的全面突触分辨率比较。研究人员匹配了两性之间结构相似的7,205种神经元类型，将114种共享类型归类为两性异形，并识别出262种雄性特有类型和69种雌性特有类型。
“性别特有”类型出现在一种性别中，但在另一份参考连接组中没有直接对应物。“两性异形”类型则在两性中均存在，但在形态或连接性上不同。这两类神经元合计占雄性中央大脑神经元的4.8%，以及雌性中央大脑神经元的2.4%。
可见差异神经元相对较少，并不能反映它们在网络中的影响范围。研究估计，雄性大脑中约18%的神经元，以及雌性大脑中约8%的神经元，参与了两份数据集之间显著不同的连接。性别特有和两性异形神经元也会以不成比例的程度彼此连接，形成结构变化虽小却能影响更广泛回路的集中区域。
这些差异并非均匀分布。研究人员发现，位于外围的感觉和运动神经元在雄性与雌性之间大体相似，而性别特有和两性异形神经元集中于高级脑中枢。一些回路充当开关，将共享的感觉信息导向不同的下游通路。
标注还包括转录因子 *fruitless* 和 *doublesex* 的表达信息，两者都与果蝇的性分化有关。这使研究人员能够将遗传调控与细胞身份、回路结构，以及求偶和攻击等实验观察到的行为联系起来。
仅凭连接组无法证明某一特定连接会导致某种行为。它能够缩小实验搜索空间：科学家可以识别候选神经元或通路，在活体果蝇中操控它们，并测试预测的行为效应是否发生。
四、一项开放研究资源，而不只是一张已发表的图像
MaleCNS 1.0版于2026年6月8日发布，早于9月发表的同行评审论文。该数据集采用CC BY许可，可通过Neuroglancer、neuPrint、Clio和专用细胞类型浏览器进行探索。
研究人员还可以下载分割体积、神经元骨架、标注、神经递质预测、突触位置、连接伙伴表以及完整连接图。Janelia既提供程序化访问，也提供支持公共neuPrint实例的可下载Neo4j数据库。
这些访问方式使连接组的价值不局限于构建它的团队。研究视觉的实验室可以提取特定感光细胞下游的神经元；行为研究人员可以检查感觉神经元与运动输出之间的通路；计算神经科学家则可以分析整个网络，而无需重复成像和重建过程。
与主论文一同发布的三项配套研究，利用该资源研究了视觉处理、味觉和社会行为。其中一项绘制了从R1–R6视觉神经元通向DNg13运动神经元的通路，其中包括一个与“爱斑”相关的雄性特有神经元；“爱斑”是参与求偶的特殊视觉区域。其他分析则追踪味觉信息如何从全身的感觉神经元进入与进食、运动、激素释放和求偶相关的回路。
该图谱还提供了标准化细胞类型，可与光学显微镜图像、遗传驱动系、生理记录和既有连接组相匹配。这种互操作性很重要，因为结构预测只有在研究人员能够识别并操控活体动物中的对应细胞时，才能在实验中发挥作用。
五、这张图谱解释了什么，以及没有解释什么
连接组记录的是物理布线，而非功能性神经系统的完整状态。它并不直接捕捉瞬时电活动、神经调质、学习、突触可塑性，或果蝇过往经历和内部状态的影响。因此，该图谱本身无法复现果蝇的行为，也无法确定单个神经元“意味着什么”。
该重建也只代表一个雄性标本。与雌性数据集的比较中，既包含真实的性别相关差异，也包含个体动物之间的普通变异，以及成像或重建方法可能带来的差异。研究人员利用形态、连接性和已知遗传标记进行保守匹配，但仍需要更多雄性和雌性连接组来测量群体层面的变异。
它的实际贡献更为有限，也更可检验。MaleCNS为神经科学家提供了一份共同、可检查的参考，用于形成关于感觉信息如何抵达运动和行为回路的假设。它还表明，AI辅助分割、大规模电子显微镜和结构化人工校对，能够生成一张包含超过166,000个已验证神经元的全中枢神经系统图谱。
常见问题
这是首份完整的果蝇大脑图谱吗？
不是。研究人员于2024年发布了一份包含139,255个神经元的成年雌性大脑连接组。MaleCNS是首份完成的完整雄性果蝇中枢神经系统连接组，也是按经校对神经元数量计算规模最大的大脑图谱。
数据集是否包含果蝇的脊髓？
它包括腹侧神经索——一种类似于脊椎动物脊髓的昆虫结构——以及与大脑保持完整的颈部连接。
AI是否在没有人工协助的情况下绘制了神经系统？
不是。AI系统对图像进行了对齐、分割神经元并检测候选突触，但专家估计花费了44人年对结构进行校对和补充标注。
该连接组是果蝇的可运行模拟吗？
不是。它是一张结构性布线图。要模拟行为，还需要神经活动、突触动力学、感觉输入、肌肉以及身体与环境相互作用的模型。
研究人员可以下载数据吗？
可以。Janelia在CC BY许可下提供可下载的体积数据、标注、神经元骨架、连接性表、突触数据和数据库导出文件。
参考来源
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