10 个关键问题 Q&A
2026 年 9 月 3 日 米哈乌・亚努舍夫斯基、维伦・贾恩，谷歌研究院研究科学家
我们与霍华德・休斯医学研究所詹莉亚研究中心（HHMI Janelia）及合作团队共同发布了雄性果蝇大脑与中枢神经系统完整连接图谱，打造迄今为止规模最大的脑图谱。结合鱼类、小鼠等其他物种正在开展的相关研究，这些神经布线图谱正逐步揭示所有大脑的工作机制。
黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）一直是遗传学研究的核心模式生物，斩获多项诺贝尔奖。果蝇因其行为模式稳定、生命周期短，成为基础生物学研究的核心模型，如今也有望在神经科学领域发挥同等重要的作用。这种喜爱水果的昆虫，它的思维看似和人类认知相差甚远，但不同物种的大脑其实存在诸多共性。由于人类大脑拥有 860 亿个神经元，目前还无法完成完整测绘，科学家正借助 AI 绘制果蝇这类小型生物的脑图谱。这有助于我们破译动物神经系统如何感知外界、响应刺激，并有望在未来修复受损神经通路。
现在，在詹莉亚研究中心牵头的项目中，我们团队与合作者发布了雄性果蝇中枢神经系统连接组，相关成果发表于《细胞》（Cell）期刊。这篇论文（DOI：10.1016/j.cell.2026.08.015）是长达十年合作研究的成果：借助计算技术与人工智能，在细胞尺度构建全脑图谱，推动连接组学发展。该图谱包含超过 16.6 万个神经元与 1.25 亿个突触连接，按神经元数量计，是目前最大的脑图谱，为科学家以果蝇作为模式生物研究大脑工作原理提供核心基础资源。
配图说明：雄性果蝇大脑与中枢神经系统中的一小部分神经元，左图为斜前方视角，右图为俯视视角。
该开放平台（male-cns.janelia.org）还包含果蝇腹侧神经索（相当于脊椎动物的脊髓）的连接组，研究范围从单纯的大脑，拓展到大脑如何调控躯体。这套雄性果蝇连接组已经由詹莉亚的专家团队完成人工标注与校验（校对）。研究者可通过 Neuroglancer（谷歌开发的可视化工具，代码托管于 GitHub/google/neuroglancer）浏览、探索并下载数据集，这套工具专为科研人员处理海量多维神经数据而开发。
新连接组包含来自中央脑（绿色）、视叶（紫色）和腹侧神经索（蓝色）的神经元。借助这套图谱，科研人员可以在这个经典模式生物中，把听觉、视觉、嗅觉输入信号和运动输出关联起来。
这份全新脑图谱，与 FlyWire 项目以及近期发布的雌性果蝇脑图谱形成互补。同时拥有雄性、雌性两套完整大脑与中枢神经系统图谱，科研人员就可以对比雌雄果蝇神经元存在差异的脑区，用来研究果蝇求偶、攻击行为背后的生物学机制。而在雌雄结构相近的脑区，两套完整连接组也能帮助科学家观察个体之间的神经结构差异。
配图说明：雄性果蝇（绿色）神经元与此前测绘的雌性果蝇（品红色）神经元对比示例。该雄性神经元多出两条突起分支。AI 可完成高精度三维重建，精准定位这类结构差异。
绘制完整果蝇脑图谱的实现步骤
脑图谱绘制（即连接组学研究），首先要把大脑切成数百万超薄切片，对每一片进行成像，再依靠计算机与 AI 把图像拼接在一起。我们的研究团队搭建系统，利用 AI 将电子显微镜拍摄的平面图像重建为三维神经结构，并持续迭代一系列技术，生成精准的神经元形态。
我们研发的神经测绘技术创新包括：使用卷积神经网络，从单个像素出发，识别出属于同一个神经元的全部像素。2019 年，连接组团队发布雌性果蝇大脑交互式自动三维重建成果。到 2020 年，团队与合作者发布经过人工校验的果蝇半脑连接组，包含 2.5 万个神经元、2100 万个突触连接，在当时创下纪录。与此同时，团队已经启动完整、经过校验的雄性果蝇全脑图谱项目，如今这项工作已经完成。
相关技术仍在持续迭代。近期研究引入 AI 生成的合成神经元，成功提升前沿重建系统的速度与精度。我们同时也在开发新的标记技术，用于识别特定类型神经元。当前，绘制果蝇脑图谱仍需要大量人工工作来校验、标注神经元形态。若能减少人工纠错工作量，科研团队就可以在可控预算与时间周期内，挑战规模更大的脑图谱项目。
展望：绘制完整鱼类大脑
连接组学领域已经推进到脊椎动物（拥有脊髓的生物）研究。这类生物在解剖结构、演化历程和功能上和人类更相近。在纳撒尼尔・索特尔团队主导、本周发表于《自然》（Nature）的论文中，我们团队协助绘制了象鼻鱼后脑的部分图谱，该脑区负责信号处理。论文（DOI：10.1038/s41586-026-10690-6）首次证明：静态的连接组数据，可以结合其他信息开展研究，构建迄今为止最完整的脊椎动物大脑学习机制模型。
斑马鱼幼体是少数依靠现有技术能够实现全脑完整测绘的脊椎动物之一。斑马鱼幼体阶段身体透明，实验中可以直接观测神经元活动。我们与哈佛大学合作的预印本论文（DOI：10.1101/2025.06.10.658982），发布了首套脊椎动物全脑数据集，同时覆盖神经结构与分子分型。团队还发布了 “Fish Fire&Wire” 数据集的初版，包含同一斑马鱼幼体的全脑电活动与神经结构，作为开放资源供科研界使用。
配图说明：Fish Fire&Wire 数据集图像，整合同一条斑马鱼幼体的全脑电活动与神经结构。
结语
雄性果蝇连接组是一项奠基性资源，将开启实验神经科学的新时代，未来可应用于生物学、药学与医学领域。本次同步发布三篇配套论文，展示这套雄性果蝇连接组已经被用于多项神经科学研究。本项目开发的技术方法，也将推动其他研究，例如即将完成人工校验的斑马鱼全脑图谱，以及小鼠脑图谱测绘项目。虽然人类 860 亿神经元的全脑建模依旧遥不可及，但我们正在一步步揭开大脑的运行原理，理解阿尔茨海默病、抑郁症、精神分裂症等精神疾病背后的机制。我们希望，这些研究最终可以开发认知疾病新疗法、改善大脑健康、实现神经损伤修复。
致谢
感谢霍华德・休斯医学研究所詹莉亚研究中心及其他学术合作者，谷歌连接组学团队做出核心贡献。感谢 Hannah Hickey 与 Elise Kleeman 提供协助。感谢 Lizzie Dorfman、Michael Brenner、John Platt、Yossi Matias 给予的支持、协调与指导。
术语注释（便于阅读）
- Connectomics 连接组学
绘制生物神经系统全部神经元与突触连接图谱的学科；Connectome 连接组，即神经连接总图 - Synapse 突触
神经元之间传递信号的连接位点 - Neuron 神经元
神经细胞 - Drosophila melanogaster 黑腹果蝇
模式生物果蝇 - HHMI Janelia
霍华德・休斯医学研究所詹莉亚研究中心，全球顶尖神经科学研究机构 - Ventral nerve cord 腹侧神经索
无脊椎动物的神经主干，功能类似脊椎动物脊髓 - Electron microscope 电子显微镜
获取纳米级切片图像，是连接组重建的核心设备