Cell:科學家繪製果蠅全腦神經圖譜

神經系統科學的一個主要任務就是了解大腦神經元與特定行為間的聯繫。在一項新的研究中，研究人員使用計算機視覺和機器學習技術，構建出一個大型的全腦神經圖譜資料庫。這些全腦神經圖譜揭示了激活成年果蠅中的一部分神經元的行為影響。相關論文近日發表於《細胞》雜誌。

「該研究的終極目標是將神經元迴路與特定的行為關聯在一起。當前的神經科學技術，如電生理學成像或鈣離子成像，僅允許一次對少數神經元進行低通量記錄。在此之前，沒有人開發出全腦方法。」論文通訊作者、美國霍華德-休斯醫學研究所珍妮莉亞研究園區神經生物學家Kristin Branson說。

為了收集數據，研究人員讓果蠅參加了行走運動實驗，他們將果蠅放入一個直徑5英寸的盤子中，盤子的頂端很低，只有約2隻果蠅的高度，以防止果蠅從同伴頭頂走過。每次實驗持續15分鐘，研究人員使用8台攝像機同時進行拍攝。行為測量既包括行走、轉彎和跳躍等運動行為，也包括社會和求偶行為，例如追趕和展翅。

研究人員還有選擇性地激活果蠅體內的標記神經元。為了可視化觀察這些操縱的神經元，他們給它們標記上綠色熒光蛋白。據悉，這些果蠅具有若干表達GAL4轉錄因子和相對應的GAL4結合上游激活序列的神經元。

此外，他們開發出一種自動化機器學習工具，從而能夠捕捉每種果蠅品系的運動和行為，並且將它們與野生果蠅進行比較。這種工具為40萬隻果蠅的行為編製目錄。

「我們相信這些資料庫將有兩大用途：果蠅生物神經學家將能藉此觀察感興趣的大腦區域，而行為學家將能弄清與不同腦區域關聯的行為，然後進行進一步研究。」該研究第一作者、Branson實驗室的Alice Robie說。(生物谷Bioon.com）