Nature：科学家首次绘制出果蝇大脑完整的神经系统地图

来源：100医药网 2025-05-13 13:44

在这项研究中，研究人员利用电子显微镜（EM）技术整合了三个独立的数据集，并首次绘制出了果蝇整个神经系统的详细地图。

在探索大脑奥秘的征途中，科学家们从未停止脚步，从人类大脑的复杂神经网络到昆虫大脑的微观结构，每一个突破都让我们对生命体的控制中枢有了更深的理解。

近日，一篇发表在国际杂志Nature上题为 Comparative connectomics of Drosophila descending and ascending neurons 的研究报告中，来自莱比锡大学等机构的科学家们进行了一项开创性研究，首次全面揭示了果蝇（Drosophila melanogaster）机体整个神经系统的细节，并比较了雌性和雄性果蝇的神经连接组（connectome），结果发现了显著的性别差异，这一研究成果不仅为神经科学领域带来了新的突破，也为理解大脑如何控制行为提供了新的视角。

果蝇作为一种经典的模式生物，在遗传学和神经科学研究中扮演着重要角色，其大脑虽然微小但结构复杂，其中包含了数万个神经元，这些神经元能通过复杂的网络相互连接从而控制着果蝇的行为和生理功能。然而，尽管科学家们已经对果蝇的大脑进行了多年研究，但他们仍然缺乏对其整个神经系统的全面了解，特别是连接大脑和腹神经索（类似于脊椎动物的脊髓）的颈部连接区域，一直是研究的盲区。

在这项研究中，研究人员利用电子显微镜（EM）技术整合了三个独立的数据集，并首次绘制出了果蝇整个神经系统的详细地图。这些数据集包括雌性果蝇的大脑和腹神经索以及雄性果蝇的腹神经索；研究人员不仅成功重建了所有通过颈部连接的神经元，还首次将这些神经元与光镜水平的数据进行匹配，揭示了这些神经元在大脑和腹神经索中的具体位置和功能。

研究者表示，果蝇的神经系统中存在性别特异性的神经元，这些神经元只存在于一种性别中，而在另一种性别中完全缺失。比如，他们发现，一种名为aSP22的下行神经元在雌性果蝇中与一些仅存在于雌性中的神经元相连，而在雄性果蝇中则没有这种连接，这一发现首次解释了为什么在激活这些神经元时，雌性和雄性果蝇会表现出不同的行为，即雌性果蝇会伸展腹部，这或许是为了产卵，而雄性果蝇则会向前弯曲腹部准备交配。

在三个数据集中重建和鉴定三种神经元类别

本文研究为神经科学研究提供了一份详尽的 路线图 ，通过这份地图，他们就能更高效地设计实验从而研究特定神经元或整个神经回路的功能，进而节省大量的时间和资源，比如，研究人员能利用这份地图快速定位与特定行为相关的神经元，并通过实验验证其功能。此外，本文研究还揭示了果蝇神经系统中一些令人惊讶的细节，比如，果蝇的下行神经元（DNs）和上行神经元（ANs）在颈部能形成复杂的连接链，这些连接链或许与运动序列的控制有关。此外他们还发现了一些性二态性（sexual dimorphism）的神经元，这些神经元在雌性和雄性果蝇中表现出不同的形态和连接方式。

尽管果蝇的大脑与人类的大脑在结构和功能上存在显著差异，但这项研究仍然为理解人类大脑提供了重要的启示，首先，果蝇神经系统的研究能帮助我们更好地理解大脑如何通过神经网络控制行为；其次，这项研究中使用的技术和方法也为研究更复杂的大脑结构提供了借鉴，比如，研究人员在整合不同数据集时所开发的匹配策略和算法就能用于人类大脑的连接组研究。如今，研究人员已经克服了分析果蝇神经系统的技术难题，目前正在研究两个新的数据集，覆盖雌性和雄性果蝇的整个系统，这些研究将进一步深化我们对果蝇神经系统的理解，并为未来的神经科学研究提供更多的工具和资源。随着技术的不断进步和研究的不断深入，我们有理由相信，科学家们将逐步揭开大脑的神秘面纱，为治疗神经系统疾病和理解人类行为提供更多的线索。（100yiyao.com）

参考文献：

St rner, T., Brooks, P., Serratosa Capdevila, L.et al..Nature (2025). doi：10.1038/s41586-025-08925-z

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