面对相同的目标、气味或求偶歌，雄性与雌性果蝇往往表现出截然不同的行为反应。如今，科学家首次得以沿着完整的神经线路，追溯这些差异的起源。
9 月 3 日，由霍华德·休斯医学研究所（HHMI）Janelia 研究园区、Google Research、英国 MRC 分子生物学实验室及剑桥大学等机构组成的团队在《Cell》发表重磅研究，公布了首个成年雄性果蝇完整中枢神经系统连接组。
该“脑回路图”涵盖中央脑、两侧视叶及连接大脑与身体的腹神经索，共包含 166,700 个神经元、11,710 种神经元类型，并记录了约 1.24 亿条经人工校验的突触连接。按神经元数量计算，这是迄今规模最大的完整脑连接组。
图｜雄性果蝇完整中枢神经系统连接组（来源：Google Research）
此项研究实现了两大突破：一是首次将雄性果蝇从感觉输入到运动输出的神经线路完整连通，保留了大脑与腹神经索间的颈部连接，使得视觉、嗅觉等信息如何转化为肢体动作可在同一张图中追踪；二是结合此前已完成的雌性果蝇全脑连接组，人类首次能在突触分辨率上系统比较成年动物不同性别的神经线路。
研究显示，雌雄果蝇绝大多数感觉和运动回路高度相似，显著差异主要集中在负责信息整合、决策和行为控制的高级脑区。少量特定的神经元和连接差异，足以将相同的感觉信息导向不同的行为结果，为解析“相似大脑为何产生不同性别行为”提供了关键切入点。
16.6 万个神经元：从“看见”到“行动”的全景图谱
“连接组”（connectome）是精确到神经元和突触尺度的线路图，不仅记录神经元分布，更揭示信息从感觉输入传导至运动输出的路径。
本次研究的核心突破在于完整保留了雄性果蝇大脑与腹神经索的连接。腹神经索作为昆虫神经系统的关键通路，直接关联腿、翅膀等运动控制。这一完整性使得研究人员能在全局尺度上追踪感觉信息转化为动作的全过程。
图｜新的雄性果蝇连接组覆盖整个中枢神经系统，其中中央脑神经元以绿色显示，视叶神经元以紫色显示，腹神经索神经元以蓝色显示（来源：Google Research）
研究发现，果蝇神经系统呈现清晰的“感觉输入—中枢处理—运动输出”结构。连接脑与腹神经索的颈部通道是关键信息瓶颈：下行神经元将大脑指令传向身体，上行神经元反馈身体状态，两者共同承担多模态信息的整合。
借助网络分析方法，研究团队可直接在整张网络上定位从视觉、嗅觉等感觉端到运动端的候选路径，无需再局限于少数已知神经元的上下游寻找。例如在视觉系统中，研究者从复眼 R1-R6 神经元出发，成功追踪到一条雄性特有的求偶追踪通路：雄性特有的 LoVP92 神经元通过 VES200m 连接至控制转向的 DNg13 神经元。
该成果的背后是极高的技术门槛。团队利用 7 套增强型聚焦离子束扫描电子显微镜连续工作 13 个月，获取约 160 万亿体素图像数据，分辨率达 8 纳米。尽管 AI 承担了自动分割与识别任务，但人工校对工作量仍相当于单人连续工作 44 年。
雌雄大脑大部相同，差异藏于高级脑区
继 2024 年 FlyWire 联盟发布雌性果蝇全脑连接组后，此次雄性图谱的补齐使得跨性别神经线路的系统比较成为可能。结果表明，雌雄果蝇大脑在整体架构上高度一致，差异主要体现为神经元类型及其分布的不同。
研究将神经元分为三类：两性一致的“同构”神经元、仅存于单一性别的“性别特异”神经元，以及形态或连接存在差异的“性别二态”神经元。在雄性中央脑中，性别特异与性别二态神经元合计占比不足 5%。
图｜性别二态神经元 AOTU008 在雄性（绿色）和雌性（洋红色）果蝇中的结构对比。两者整体形态相近，但雄性神经元多出两处额外投射，显示出雌雄之间的局部结构差异。（来源：Google Research）
关键在于，这些差异并非随机分布，而是高度集中在负责信息整合与行为控制的高级脑区。相比之下，靠近感觉输入端（如视觉、嗅觉）和运动输出端（如腿、翅膀控制）的回路在两性间极为相似。这意味着，基础感知与执行机制大体通用，真正的分化发生在中间的信息处理与决策环节。
以雄性求偶时的视觉追踪为例，前端视觉系统在两性间无显著差异，分化始于视觉信息进入中央脑后。雄性特有的 LoVP92 神经元接入一组性别二态回路，进而连接控制转向的下行神经元，帮助雄性在追逐中持续锁定雌性。
听觉与嗅觉系统亦遵循此规律。相同的声波或气味信号经过共享的前端处理后，被导入不同的性别特异回路，从而触发差异化的行为反应。例如，雄性求偶歌可使雌性减速并接受交配，却会激发雄性提高活动水平或加强竞争。论文将这些关键节点形容为改变信息去向的“交换枢纽”（switchboard）。
研究结论指出，性别差异无需遍布整个神经系统。少数位于高度互联中枢模块的关键连接，即可改变信息流向并重塑行为模式。这种“保留基础架构、微调关键节点”的策略，可能是进化过程中产生新行为的高效方式。
需注意的是，连接组提供的仍是静态线路图，虽能揭示连接关系，但不能单独证明因果关系。未来研究需结合神经活动记录、遗传操控及行为实验，进一步验证这些“线路开关”。目前，《Cell》已同期发表果蝇味觉连接组及视觉通路研究，《Current Biology》也刊发了关于性别二态网络调控社会行为的成果。连接组正从单纯的“大脑地图”演变为解析视觉、求偶、攻击及决策机制的基础工具。
此外，Janelia 等团队已将连接组研究拓展至斑马鱼等脊椎动物，旨在未来将完整线路图与动物活动时的动态神经信号相结合，开启神经科学的新篇章。
参考链接：
1. https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.08.015
2. https://www.mrclmb.ac.uk/news-events/articles/first-complete-connectome-of-male-fly-central-nervous-system-allows-for-unprecedented-male-female-brain-comparison/
3. https://research.google/blog/a-connectomics-milestone-mapping-the-complete-male-fruit-fly-brain/
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注：封面/首图由 AI 辅助生成