果蝇大脑连接组完整绘制:AI+众包,33年工作量3年完成

孤岚和科技 2024-10-13 18:46:00

科学家们首次完整绘制了果蝇的成年大脑连接,果蝇大脑的完整连接组——也就是神经元连接的「高清无码」地图——终于绘制完成了!这可是个相当于绘制了一座复杂城市所有建筑、街道和线路的超级工程!这项研究发表在《自然》杂志的九篇系列论文中,被誉为神经科学领域的里程碑事件!

这项成果到底有多牛?

14万个神经元,5450万个突触,全部「高清无码」! 这相当于在一个沙粒大小的大脑中,绘制了149米长的神经线路! 这项研究的规模和精度,都是前所未有的!

AI+人工,强强联手,效率爆表! 这项研究使用了机器学习算法来识别和重建神经元及其突触,并由数百名志愿者手动校对。如果没有AI的帮助,这个任务如果只靠一个人完成,需要33年!而现在,他们只用了3年左右就完成了!

8400多种神经元类型,很多都是新发现的! 这将有助于我们更好地理解大脑的工作机制,并为研究神经系统疾病提供新的思路。

连接组学:探索大脑的终极奥秘!

连接组学 (Connectomics) 是神经科学的一个新兴领域,它的目标是绘制神经系统中所有神经元及其连接的完整地图。就像绘制城市的交通线路图一样,连接组学可以帮助我们理解大脑是如何运作的。

这项研究的意义:

理解大脑如何运作:这项研究将帮助我们理解电信号如何在神经元之间传递,从而驱动复杂的生物行为,例如学习、记忆、决策等等;

推动神经科学研究:有了这张「线路图」,研究人员就可以更深入地研究果蝇大脑中视觉、嗅觉、行走、决策等基本功能的神经活动,并探索这些神经活动是如何与行为联系起来的;

促进其他连接组项目:这项成果将推动斑马鱼、小鼠甚至人类大脑连接组的绘制工作。绘制人类大脑连接组,被认为是神经科学领域的终极目标!

连接组绘制,B.C.和A.C.的区别!

Albert Cardona,一位没有参与该项目的研究员,激动地表示:

「当科学家们完成一个动物的连接组——就像几十年前对秀丽隐杆线虫所做的那样——「突然之间,理解水平就与之前完全不同了。」……这就像公元前和公元后的区别一样。」

他引用了哥伦比亚大学神经科学家Larry Abbott的名言,并表示研究人员现在终于可以理解果蝇的视觉、嗅觉等基本功能,以及导航和决策等更复杂的行为。「对于果蝇神经科学家来说,这是「开始的结束」。」 这意味着,果蝇神经科学研究将进入一个全新的时代!

FlyWire:AI+众包,连接组绘制的利器!

这项研究的关键在于FlyWire联盟,这是一个由美国国立卫生研究院 (NIH) 的「通过推进创新神经技术进行大脑研究 (BRAIN) 」计划资助的国际合作项目,FlyWire是一项人类与人工智能合作项目,旨在重建果蝇完整的大脑连接组。

他们开发了一个在线平台,让数百名非专业志愿者可以像玩游戏一样,手动校对AI生成的3D神经元和突触重建结果。 这不仅提高了重建的准确性,还大大加快了研究进度。

后续研究:从雌性到雄性,从大脑到神经索!

研究人员现在可以比较成年果蝇和幼虫的连接组,来研究神经发育过程中的变化。

为了研究性别差异,Murthy等人还在重建雄性果蝇的大脑连接组,以及一个包含果蝇神经索(连接大脑和身体其他部分的神经束)的更完整的连接组。

人类大脑连接组:下一个目标!

研究人员预测,用于FlyWire的技术,特别是将AI与众包相结合进行校对的方法,将有助于加快类似项目的进展。斑马鱼的连接组预计将在未来几年内完成。Helmstaedter预测,小鼠和人类的大脑(分别比果蝇的神经元多约500倍和60万倍)可能在那之后完成:

「在接下来的十年里,我们将看到巨大的进步,并且可能会看到第一个完整的哺乳动物大脑连接组。」

--AI寒武纪

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