文章專區

大腦神經元（neuron）的互相連結與活動方式被稱為連接組（connectome），了解連接組的連接方式有助於科學家進一步理解大腦的功能與運作方式；就像要修理或設計電路，必須要先認識電路零件的連結。

自1970年代起，科學家開始嘗試繪製各物種的「大腦地圖」，從線蟲（Caenorhabditis elegans）、小鼠（Mus musculus）到人類，都曾陸續進行部分連接組的繪製，但僅有神經元數量較少的物種如線蟲、海鞘（Ciona intestinalis）幼蟲、杜氏闊沙蠶（Platynereis dumerilii）完成全連接組的繪製。

今（2023）年3月10日，約翰霍普斯金大學（Johns Hopkins University）與劍橋大學（University of Cambridge）團隊發表於《科學》（Science）期刊的研究，則正式宣告他們耗費了12年的時間，終於完成了第一張果蠅（Drosophila melanogaster）幼蟲的大腦連接組，涵蓋了3016個神經元，以及其中的54萬8000個連結。

雖然果蠅的體型小如米粒，但繪製大腦連接組仍十分困難且耗時。首先需要將腦部組織切片成上千個組織樣本，再將每個樣本單獨以電子顯微鏡成像。影像的品質必須精密到足以分辨單一的神經細胞，然後才能由影像重建所有腦部神經細胞的相互連結。這部分的工作主要由劍橋大學的研究人員完成，掃描創建了高解析度的影像後，手動找到每個神經元以及連結。後面的資料則交由約翰霍普金斯大學分析，以自製的軟體進行繪製了解資訊在大腦傳播的模式，並且根據神經元的功能對它們進行分類。研究團隊還發現，在整個果蠅幼蟲的大腦中最繁忙的部位是進出學習中樞的神經。

約翰霍普金斯大學開發的分析方法不只限於繪製果蠅大腦，預計也能用於分析更複雜的動物腦部結構，例如許多科學家預測將於十年內誕生的小鼠腦部地圖。團隊預計接下來將進一步比較果蠅幼蟲與成蟲的腦部差異，以了解大腦在不同的時期如何變化運作。對於果蠅大腦的研究，除了將有助於科學家了解其他物種的大腦結構，預計也有助於開發更多不同的演算法架構，甚至有可能協助催生出新的人工智慧系統。

新聞來源
1. Winding, M. et al. (2023). The connectome of an insect brain. Science,379(6636), eadd9330.
2. Rosen, J. (10 March 2023). Scientists complete first map of an insect brain. John Hopkins University HUB. https://reurl.cc/RvYLbr