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圖中展示了 8 只果蠅，它們熒光標(biāo)記的大腦區(qū)域分別控制不同的行為，從左上方順時針方向依次為：行走、靜止、跳躍、追逐雌性、調(diào)整翅膀角度、梳理翅膀、加大翅膀擺動、后退。
人類大腦有 860 億個神經(jīng)元，果蠅只有約 10 萬個神經(jīng)元。所以，科學(xué)家們熱衷于選擇果蠅作為研究行為神經(jīng)學(xué)的模式動物?？墒?，即便是果蠅，記錄支配簡單的飛行、行走、求偶等行為的神經(jīng)回路也是繁雜而沉重的任務(wù)。
現(xiàn)在，來自于霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所的科學(xué)家們借助于人工智能（AI），投入 40 萬只果蠅、分析 1000 億個注解、耗時 6 年完成了這一個史詩級別的項目——創(chuàng)建成年果蠅整個大腦神經(jīng)回路圖譜，將這些回路與特定的行為對應(yīng)起來。相關(guān)研究發(fā)表在《Cell》期刊。
借助人工智能，科學(xué)家們以果蠅為模式動物，構(gòu)建了控制不同行為的大腦神經(jīng)回路圖譜。
借助人工智能，構(gòu)建神經(jīng)回路“金礦”
神經(jīng)生物學(xué)家 Kristin Branson 帶領(lǐng)團(tuán)隊構(gòu)建了 2204 種不同的突變型果蠅。研究人員能夠通過升高溫度激活神經(jīng)元，從而控制它們不同的大腦區(qū)域。
研究人員以 10 只雌果蠅和 10 只雄果蠅為一組，將它們放在一個高度較小的塑料盒子里，提高溫度激活神經(jīng)元，拍攝下它們的行為（16 分鐘）。借助于開發(fā)的計算機視覺智能程序——JAABA，研究人員能夠捕捉到每只果蠅的活動軌跡和坐標(biāo)，并于野生型果蠅進(jìn)行對比。這些視頻可以在 YouTube 上免費下載研究中所有記錄果蠅活動的視頻剪輯。
他們共記錄了超 40 萬只果蠅的 203 種行為。得益于人工智能，研究人員能夠發(fā)現(xiàn)不同果蠅之間肉眼觀察不到的細(xì)微差別，例如步行速度增加了 5%，或者更少。結(jié)果證實，幾乎所有（98%）的突變型果蠅都表現(xiàn)出顯著的行為差異。
雌果蠅大腦中間的兩個小區(qū)域（紅色）控制進(jìn)攻行為。
研究人員將果蠅大腦分成 7065 個小區(qū)域，將它們與特定的行為一一對應(yīng)起來。zui終，他們獲得了神經(jīng)回路藍(lán)圖，并命名為“Browsable Atlas of Behavior-Anatomy Maps”，用于展示控制一些簡單行為的大腦神經(jīng)回路。
這一研究規(guī)模、處理數(shù)據(jù)量超乎想象。業(yè)內(nèi)很多學(xué)者將這一圖譜評價為“金礦”，為后續(xù)研究提供了很好的奠基。它讓大家領(lǐng)略到計算機視覺在神經(jīng)學(xué)研究中的應(yīng)用潛能
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