Tin tức AI10/9/2026Số chữ 5687Thời gian đọc≈ 15 phút

Bản đồ kết nối não ruồi giấm đực lập bản đồ 166,691 neuron trên não và dây thần kinh

Các nhà nghiên cứu đã công bố một bản đồ kết nối gồm 166,691 neuron của ruồi giấm đực, bao trùm não, các thùy thị giác và dây thần kinh bụng.

AIGoogleMã nguồn mở

Mục lục · 12

1. Bản đồ kết nối mới chứa gì
2. AI và hiệu đính thủ công đã tạo ra bản đồ như thế nào
3. Não ruồi đực và cái giờ đây có thể được so sánh từng synapse
4. Một tài nguyên nghiên cứu mở, không chỉ là hình ảnh được công bố
5. Bản đồ giải thích—và không giải thích—điều gì
Câu hỏi thường gặp
Đây có phải bản đồ não ruồi giấm hoàn chỉnh đầu tiên không?
Bộ dữ liệu có bao gồm tủy sống của ruồi không?
AI đã lập bản đồ hệ thần kinh mà không có hỗ trợ của con người?
Bản đồ kết nối có phải là một mô phỏng hoạt động của ruồi giấm không?
Các nhà nghiên cứu có thể tải dữ liệu không?
Tham khảo nguồn

Google Research, Janelia Research Campus thuộc Howard Hughes Medical Institute và một nhóm cộng tác viên quốc tế đã công bố một bản đồ kết nối ở độ phân giải synapse của hệ thần kinh trung ương ruồi giấm đực trưởng thành. Bản tái dựng gồm 166,691 neuron đã được hiệu đính, trải rộng trên não trung tâm, cả hai thùy thị giác và dây thần kinh bụng—cấu trúc ở côn trùng thường được so sánh với tủy sống ở động vật có xương sống.

Google mô tả tài nguyên này là bản đồ não lớn nhất từ trước đến nay khi đo theo số lượng neuron đã được hiệu đính. Tài nguyên ghi nhận khoảng 125 triệu kết nối synapse và 11,691 loại neuron được chú giải. Nghiên cứu đi kèm xuất hiện trên *Cell* vào September 3, 2026, trong khi Google AI công khai nhấn mạnh công trình vào September 9.

Kết quả này không phải là một mô phỏng tâm trí của ruồi. Đây là một bản đồ cấu trúc thể hiện các neuron, hình dạng của chúng và những kết nối vật lý mà tín hiệu có thể truyền qua. Giá trị trước mắt của nó là các nhà nghiên cứu hiện có thể khảo sát những đường dẫn liên tục từ đầu vào cảm giác, qua các vùng não cấp cao, đến các mạch liên quan đến vận động và các hành động cơ thể khác.

1. Bản đồ kết nối mới chứa gì

Bộ dữ liệu MaleCNS tái dựng hệ thần kinh trung ương của một cá thể *Drosophila melanogaster* đực trưởng thành. Phạm vi của nó gồm não trung tâm, các thùy thị giác xử lý thông tin thị giác, bó nối cổ và dây thần kinh bụng.

Phạm vi bao phủ liên tục này rất quan trọng. Các bản đồ kết nối trước đây thường lập bản đồ não hoặc dây thần kinh riêng rẽ, buộc các nhà nghiên cứu phải đối chiếu neuron giữa các cá thể và bộ dữ liệu khác nhau khi nghiên cứu các đường dẫn hoàn chỉnh từ cảm giác đến vận động. MaleCNS giữ nguyên kết nối giữa não và dây thần kinh trong một cá thể, cho phép theo dõi một mạch mà không phải vượt qua ranh giới nhân tạo giữa hai bản tái dựng.

Dự án tiếp nối một số cột mốc trước đó. Bản tái dựng “hemibrain” năm 2020 bao phủ khoảng 25,000 neuron và 21 triệu kết nối trong một phần não ruồi cái. Năm 2024, FlyWire Consortium công bố toàn bộ não ruồi cái trưởng thành gồm 139,255 neuron và 54.5 triệu synapse. Một bộ dữ liệu Brain and Nerve Cord riêng biệt năm 2026 sau đó đã hợp nhất não và dây thần kinh bụng của ruồi cái, với 155,916 neuron đã được hiệu đính hoặc hiệu đính gần hoàn toàn được báo cáo trong tài nguyên đó.

Do đó, MaleCNS không phải là não ruồi giấm hoàn chỉnh đầu tiên hay bản tái dựng não-và-dây-thần-kinh đầu tiên. Những đóng góp riêng biệt của nó là một hệ thần kinh trung ương ruồi đực hoàn chỉnh, số lượng neuron đã hiệu đính được công bố cao nhất trong một bản đồ não, và một tài liệu tham chiếu có thể so sánh với các bản đồ kết nối ruồi cái hiện có ở độ phân giải từng synapse.

Từ “hoàn chỉnh” cũng cần được hiểu có điều kiện. Các tác giả dùng từ này để mô tả phạm vi bao phủ giải phẫu của bản tái dựng và việc thống kê gần như mọi neuron có thể lần vết, thay vì khẳng định mọi chi tiết sinh học đều không có lỗi. Một số ít tế bào không thể được tái dựng do nhiễu ở mép mẫu hoặc vấn đề phân đoạn.

Nghiên cứu cho biết 94% vị trí tiền synapse và 42% vị trí hậu synapse trong các vùng neuropil được gắn với các neuron đã hiệu đính. Với 40.1% các kết nối synapse được phát hiện, cả hai phía đều thuộc về neuron đã hiệu đính. Các tỷ lệ này tương đương hoặc tốt hơn các bản đồ kết nối lớn trước đây, nhưng chúng cho thấy rõ rằng “sơ đồ dây nối hoàn chỉnh” không đồng nghĩa với một bản kiểm kê hoàn hảo của mọi synapse.

2. AI và hiệu đính thủ công đã tạo ra bản đồ như thế nào

Quá trình tái dựng bắt đầu bằng kính hiển vi điện tử quét chùm ion hội tụ được tăng cường. Bảy hệ thống kính hiển vi hoạt động trong 13 tháng để chụp một thể tích 0.082 milimét khối ở độ phân giải đẳng hướng tám nanomet. Bộ dữ liệu thu được chứa khoảng 160 teravoxel.

Các hệ thống tính toán đã căn chỉnh các ảnh hiển vi thành một thể tích ba chiều nhất quán. Flood-filling networks của Google sau đó thực hiện phân đoạn neuron ban đầu. Các mạng nơ-ron tích chập này bắt đầu từ một vị trí trong ảnh và dự đoán các pixel xung quanh nào thuộc cùng một đối tượng sinh học, qua đó cho phép tách biệt bằng tính toán các nhánh thần kinh dài và đan xen.

Các thuật toán cũng phát hiện các synapse, nhân tế bào và đặc tính chất dẫn truyền thần kinh có khả năng hiện diện. Những dự đoán này chuyển thể tích kính hiển vi điện tử thành các hình dạng neuron và kết nối ứng viên để chuyên gia có thể kiểm tra.

AI không loại bỏ việc tái dựng thủ công. Phân đoạn tự động có thể gộp nhầm hai neuron hoặc chia một neuron thành nhiều mảnh, và những lỗi đó có thể làm sai lệch mọi phân tích kết nối ở hạ nguồn. Vì vậy, các chuyên gia đã rà soát các cấu trúc được tạo ra, sửa lỗi phân đoạn và gán chú giải giải phẫu cũng như loại tế bào.

Bài báo ước tính việc hiệu đính phân đoạn ban đầu cần khoảng 44 người-năm công sức. Các nhà nghiên cứu kiểm tra mọi mảnh được phân đoạn tự động có hơn 100 kết nối synapse và sử dụng các nhân tế bào được phát hiện như một cơ chế thống kê bổ sung. Trong số 141,780 nhân liên quan đến neuron được phát hiện, 98.9% được gắn trực tiếp với một neuron đã hiệu đính; nhóm ước tính gần như toàn bộ phần còn lại cũng đã được bao phủ thông qua việc rà soát dựa trên mảnh.

Sự phân công lao động này là kết quả AI chủ đạo đứng sau thông báo. Học máy giúp khả thi việc chuyển một thể tích ảnh ở cấp độ nanomet thành các neuron ba chiều ứng viên, nhưng các chuyên gia sinh học vẫn chịu trách nhiệm xác minh cấu trúc và diễn giải chúng đại diện cho điều gì. Vì vậy, bộ dữ liệu là một bản tái dựng khoa học có sự hỗ trợ của AI, không phải đầu ra của một hệ thống khám phá tự chủ hay một mô hình ngôn ngữ lớn.

3. Não ruồi đực và cái giờ đây có thể được so sánh từng synapse

Bản đồ ruồi đực cho phép thực hiện so sánh toàn diện đầu tiên ở độ phân giải synapse giữa các bản đồ kết nối não ruồi giấm đực và cái. Các nhà nghiên cứu ghép khớp 7,205 loại neuron có cấu trúc tương tự giữa hai giới, phân loại 114 loại chung là lưỡng hình giới tính, và xác định 262 loại đặc hiệu ở ruồi đực cùng 69 loại đặc hiệu ở ruồi cái.

Các loại “đặc hiệu theo giới” xuất hiện ở một giới nhưng không có đối tác trực tiếp trong bản đồ kết nối tham chiếu của giới kia. Các loại “lưỡng hình” tồn tại ở cả hai nhưng khác nhau về hình thái hoặc tính kết nối. Tổng cộng, các nhóm này chiếm 4.8% neuron trong não trung tâm ruồi đực và 2.4% trong não trung tâm ruồi cái.

Số lượng neuron khác biệt rõ rệt tương đối ít này chưa phản ánh hết mức độ tác động trong mạng lưới của chúng. Nghiên cứu ước tính khoảng 18% neuron trong não ruồi đực và 8% trong não ruồi cái tham gia vào các kết nối khác biệt đáng kể giữa hai bộ dữ liệu. Các neuron đặc hiệu theo giới và lưỡng hình cũng kết nối với nhau nhiều hơn một cách không tương xứng, tạo ra các vùng tập trung nơi những thay đổi cấu trúc nhỏ có thể ảnh hưởng đến các mạch rộng hơn.

Những khác biệt này không phân bố đồng đều. Các nhà nghiên cứu nhận thấy neuron cảm giác và vận động ở ngoại vi nhìn chung tương tự giữa ruồi đực và cái, trong khi neuron đặc hiệu theo giới và lưỡng hình tập trung ở các trung tâm não cấp cao. Một số mạch hoạt động như công tắc, định tuyến thông tin cảm giác dùng chung đến các đường dẫn hạ nguồn khác nhau.

Các chú giải bao gồm thông tin biểu hiện của các yếu tố phiên mã *fruitless* và *doublesex*, cả hai đều liên quan đến sự biệt hóa giới tính ở ruồi. Điều này cung cấp cho các nhà nghiên cứu một cách để liên hệ điều hòa di truyền với danh tính tế bào, kiến trúc mạch và các hành vi được quan sát thực nghiệm như ve vãn và gây hấn.

Chỉ riêng bản đồ kết nối không thể chứng minh một kết nối cụ thể gây ra một hành vi. Thay vào đó, nó thu hẹp không gian tìm kiếm thực nghiệm: các nhà khoa học có thể xác định các neuron hoặc đường dẫn ứng viên, thao tác chúng trên ruồi sống và kiểm tra liệu hiệu ứng hành vi được dự đoán có xảy ra hay không.

4. Một tài nguyên nghiên cứu mở, không chỉ là hình ảnh được công bố

MaleCNS phiên bản 1.0 được phát hành vào June 8, 2026, trước khi bài báo phản biện đồng cấp xuất hiện vào September. Bộ dữ liệu được cấp phép theo CC BY và có thể được khám phá thông qua Neuroglancer, neuPrint, Clio và một công cụ khám phá loại tế bào chuyên dụng.

Các nhà nghiên cứu cũng có thể tải xuống các thể tích phân đoạn, bộ xương neuron, chú giải, dự đoán chất dẫn truyền thần kinh, vị trí synapse, bảng đối tác và đồ thị kết nối hoàn chỉnh. Janelia cung cấp quyền truy cập lập trình cũng như cơ sở dữ liệu Neo4j có thể tải xuống, làm nền cho phiên bản neuPrint công khai.

Các lựa chọn truy cập này giúp bản đồ kết nối hữu ích vượt ra ngoài nhóm đã xây dựng nó. Một phòng thí nghiệm nghiên cứu thị giác có thể truy xuất các neuron ở hạ nguồn của những thụ thể ánh sáng cụ thể; một nhà nghiên cứu hành vi có thể kiểm tra các đường dẫn giữa neuron cảm giác và đầu ra vận động; còn các nhà khoa học thần kinh tính toán có thể phân tích toàn bộ mạng lưới mà không cần lặp lại quy trình chụp ảnh và tái dựng.

Ba nghiên cứu đồng hành được công bố cùng bài báo chính áp dụng tài nguyên này cho xử lý thị giác, vị giác và hành vi xã hội. Một nghiên cứu đã lập bản đồ một đường dẫn từ neuron thị giác R1–R6 đến neuron vận động DNg13, bao gồm một neuron đặc hiệu ở ruồi đực liên quan đến “love spot”, một vùng thị giác chuyên biệt tham gia vào hành vi ve vãn. Các phân tích khác lần theo thông tin vị giác từ neuron cảm giác trên khắp cơ thể đến các mạch liên quan đến ăn uống, vận động, giải phóng hormone và ve vãn.

Bản đồ cũng cung cấp các loại tế bào được chuẩn hóa, có thể đối chiếu với ảnh kính hiển vi quang học, dòng driver di truyền, bản ghi sinh lý học và các bản đồ kết nối trước đây. Khả năng tương tác này quan trọng vì một dự đoán cấu trúc chỉ trở nên hữu ích trong thực nghiệm khi các nhà nghiên cứu có thể nhận diện và thao tác những tế bào tương ứng trên động vật sống.

5. Bản đồ giải thích—và không giải thích—điều gì

Bản đồ kết nối ghi lại hệ dây nối vật lý, không phải toàn bộ trạng thái của một hệ thần kinh đang hoạt động. Nó không trực tiếp nắm bắt hoạt động điện từng thời điểm, điều biến thần kinh, học tập, tính dẻo synapse hay ảnh hưởng từ lịch sử và trạng thái nội tại của ruồi. Vì vậy, chỉ riêng bản đồ không thể tái tạo hành vi của ruồi hoặc xác lập ý nghĩa của một neuron riêng lẻ.

Bản tái dựng cũng chỉ đại diện cho một cá thể ruồi đực. Các so sánh với bộ dữ liệu ruồi cái bao gồm những khác biệt thực sự gắn với giới tính, biến thiên thông thường giữa các cá thể động vật và những khác biệt có thể do phương pháp chụp ảnh hoặc tái dựng tạo ra. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng hình thái, tính kết nối và các dấu ấn di truyền đã biết để ghép khớp một cách thận trọng, nhưng sẽ cần thêm các bản đồ kết nối ruồi đực và cái để đo lường biến thiên ở cấp quần thể.

Đóng góp thực tiễn của nó có phạm vi rõ ràng hơn và có thể kiểm chứng. MaleCNS cung cấp cho các nhà khoa học thần kinh một tài liệu tham chiếu chung, có thể khảo sát để hình thành giả thuyết về cách thông tin cảm giác đi đến các mạch vận động và hành vi. Nó cũng chứng minh rằng phân đoạn có hỗ trợ AI, kính hiển vi điện tử quy mô lớn và hiệu đính thủ công có cấu trúc có thể tạo ra một bản đồ toàn bộ hệ thần kinh trung ương chứa hơn 166,000 neuron đã được xác minh.

Câu hỏi thường gặp

Đây có phải bản đồ não ruồi giấm hoàn chỉnh đầu tiên không?

Không. Các nhà nghiên cứu đã công bố một bản đồ kết nối gồm 139,255 neuron của não ruồi cái trưởng thành vào năm 2024. MaleCNS là bản đồ kết nối hoàn chỉnh đầu tiên của toàn bộ hệ thần kinh trung ương ruồi giấm đực và là bản đồ não lớn nhất theo số lượng neuron đã hiệu đính.

Bộ dữ liệu có bao gồm tủy sống của ruồi không?

Nó bao gồm dây thần kinh bụng, một cấu trúc ở côn trùng tương tự tủy sống ở động vật có xương sống, cùng với kết nối cổ nguyên vẹn đến não.

AI đã lập bản đồ hệ thần kinh mà không có hỗ trợ của con người?

Không. Các hệ thống AI đã căn chỉnh ảnh, phân đoạn neuron và phát hiện các synapse ứng viên, nhưng các chuyên gia đã dành ước tính 44 người-năm để hiệu đính cấu trúc và bổ sung chú giải.

Bản đồ kết nối có phải là một mô phỏng hoạt động của ruồi giấm không?

Không. Đây là một sơ đồ dây nối cấu trúc. Mô phỏng hành vi còn cần các mô hình về hoạt động thần kinh, động lực học synapse, đầu vào cảm giác, cơ bắp và sự tương tác của cơ thể với môi trường.

Các nhà nghiên cứu có thể tải dữ liệu không?

Có. Janelia cung cấp các thể tích, chú giải, bộ xương neuron, bảng kết nối, dữ liệu synapse và bản xuất cơ sở dữ liệu có thể tải xuống theo giấy phép CC BY.