科學家如何繪出雄性果蠅完整神經接線圖：16.7萬個神經元一次看清

所謂「完整連結體」（connectome），不只是腦部影像，而是標示神經元彼此如何接合的細胞級接線圖。這份成年雄性果蠅 Drosophila 資源，將中央腦、視葉與腹神經索納入同一個連續系統；共收錄166,691個已完整校對的神經元、11,691種註記細胞類型，以及1.25億個突觸連結。25

關鍵突破：把大腦與「脊髓」接成一張圖

過去的果蠅資料集已證明，全腦連結體可以完成。例如，先前公布的成年雌性果蠅全腦連結體，重建了139,255個神經元與約5,000萬個化學突觸。7

雄性資料集的意義不只在於神經元數量更多，還在於它納入了腹神經索——這是果蠅主要控制運動、功能上常被比作脊髓的構造——並保留它與大腦間完整的頸部連接。研究者因此能沿著同一隻個體的神經迴路，從感覺訊號與高階腦區一路追到與動作、行為有關的路徑，而非把大腦和神經索當作彼此斷開的兩張地圖來研究。2

這麼龐大的重建，怎麼變成可用的科學工具？

這項成果是 Janelia 研究園區及合作團隊近20年工作的累積，參與者包括 Google Research、英國 MRC 分子生物學實驗室與劍橋大學的研究人員。

它並非仰賴某一項單獨技術，而是結合一套完整流程：

• 電子顯微鏡（EM）成像：取得足以辨識神經元及其突觸連結的高解析影像。FlyEM 計畫以 EM 為基礎，繪製整個 Drosophila 神經系統中的神經元與突觸。8
• AI 輔助運算：協助把海量影像資料轉為候選的細胞重建結果，讓原本不可能只靠人手追蹤的規模變得可處理。Google 表示，這是長達10年的合作，運用運算與 AI 建立全腦細胞尺度地圖。
• 人工校對與註記：把演算法輸出轉化為可用的科學資源。最終資料集被描述為「完整校對」且「全面註記」；這點使它與尚未驗證的自動化重建有本質差異。25
• 細胞類型與分子標記：讓接線圖能被生物學解讀。圖譜納入與性別決定基因 fruitless 和 doublesex 相關的註記。5

實際上，AI 解決的是規模問題；而專家校對，才讓這張地圖具備回答生物學問題所需的可靠度。

與雌蠅對照，可看見哪些性別差異？

有了完整雄性中樞神經系統圖譜，以及既有的雌性全腦連結體，研究人員首次能在突觸解析度直接比對兩性。研究團隊在中央腦交叉配對7,319種細胞類型，結果發現其中7,205種為同構類型、114種具性二型差異；另有262種只見於雄性、69種只見於雌性。5

這種比較有助於拆解行為研究常難以區分的兩種情況：某項行為究竟是由僅存在於單一性別的神經元類型驅動，還是兩性都有同類神經元、但彼此接線方式不同所造成。fruitless 與 doublesex 的註記，也為追查性二型神經迴路提供額外的分子參考。56

從味覺到進食決策的路徑

全中樞神經系統地圖的價值，也在於它可與功能性實驗結合。將全腦連結體與鈣離子影像整合的研究指出，食道下區（subesophageal zone，SEZ）中許多早期味覺反應神經元，主要編碼單一種味覺模式；其中包括局部中間神經元與投射神經元。

相關連結體分析則發現，該區域的第二級味覺神經元大致依味覺模式分流；第三級神經元則會投射到 SEZ 以外較廣的區域，且不同味覺模式之間的重疊更多。這種組織方式可能有助於把味覺訊號轉換為進食相關的決策。

另一份報導描述，研究者已可將味覺訊號追到參與進食的運動路徑，並找出一些可能解釋「營養尚未吸收前，味覺如何觸發預期性胰島素釋放」的路徑。不過，現有資料支持的是一項潛在的迴路層級解釋，尚不能視為胰島素訊號機制已被最終證實。

對更大腦部連結體意味著什麼？

雄性果蠅連結體提供了一套可實作的範本：高解析成像、可擴展的自動重建、嚴格人工校對、標準化註記，以及讓其他科學家能查詢和重複使用資料的工具。這份資源已可互動式瀏覽，也可透過程式存取。1

但這不代表完整的小鼠或人類連結體已近在眼前。更大的大腦在組織體積、成像、重建、儲存、運算與品質控管上，都面臨急遽增加的困難。果蠅成果真正證明的是：這條技術管線能在真實、要求極高的情境下運作，並可作為未來研究的驗證基礎，尤其適合用於同時研究神經解剖、神經活動與行為的系統。

對神經科學而言，這項工作的長遠價值不只是刷新神經元數量紀錄，而是一張經校對、可搜尋的共同參考地圖：它把同一隻果蠅的大腦與神經索接起來，讓研究者能更精確檢驗神經接線如何形成性別特異行為、感覺決策與運動。25