既美丽又复杂——一只雄性果蝇的大脑
作者：Pallab Ghosh（科学记者）、Gwyndaf Hughes（资深科学记者）
- 科学家首次成功对比了雄性与雌性果蝇大脑的精细细节，发现了他们所称能解释雄性攻击性、求偶行为及其演唱"情歌"的差异。
剑桥的科学家绘制了一只雄性果蝇大脑中所有1.24亿个神经细胞连接的图谱，两年前他们曾对雌性果蝇完成同样的工作。
研究团队明确表示，这项研究无法解释男性与女性之间的差异，因为人类的行为要复杂得多。
但这项研究可以帮助科学家更好地理解人类行为，以及基因差异影响大脑连接的疾病，如自闭症和精神分裂症。
共同领导这项研究的医学研究委员会分子生物学实验室和剑桥大学的Gregory Jefferis教授告诉BBC新闻，这一突破是"神经科学领域一条非常重要的新途径"，并将其比作一台强大新望远镜的发明，增进了我们对宇宙的理解。
“我们的大脑里蕴藏着这些神奇的物质，让我们能够完成不可思议的事情，比如演奏奏鸣曲或解决科学问题。而这一进展可能有助于我们理解这些系统是如何运作的。”
这张图谱的制作方法是将果蝇大脑切成66片，每一片都经过多轮重复扫描成像。
果蝇的大脑既美丽又令人难以置信。它只有针头大小——但在许多方面比超级计算机更高效，甚至能胜过最聪明的AI。
Jefferis的团队与合作者煞费苦心地分析了雄性果蝇的每一个神经细胞、每一条"导线"和每一个连接。他们将它们整合成大脑和神经索的3D图谱，并与早先完成的雌性图谱进行对比。
他们发现，雄性和雌性果蝇大脑中约95%的细胞是共享的。但据该科学研究论文的联合第一作者Isabella Beckett博士称，剩下的5%就足以驱动截然不同的行为。
“我们本来就期望找到差异，我们找到了，我们对所获得的成果感到兴奋，“她说。
他们发现的微小差异可以导致行为的巨大变化。
例如，在求偶过程中，雄性会追踪移动中的雌性。研究人员已经识别出与这一特征相关的大脑回路，并发现其连接方式存在关键差异。雄性拥有额外的部分，应当能增强其视觉追踪能力。
在与攻击性相关的回路中存在更大的差异。雄性更经常打斗，因此与该行为相关的连接比雌性多得多。
然后，还有"情歌"回路。
雄性通过发出声音向雌性求爱。它们拥有独属于自己的线路来产生这种声音。据该研究的合著者Philipp Schlegel博士说，这个回路必须恰到好处，否则这只可怜的雄性可能面临可怕的后果。
“求偶还包括对雌性唱歌，“他告诉我。“声音是通过振动翅膀发出的，形成一首非常特定的歌。
“如果雌性喜欢，她就会允许他靠近；如果她不喜欢，或者当时不接受，她基本上会拒绝他，这可能是一脚踢在脸上”。
果蝇雌雄连接方式之间的这三种差异由两个关键基因驱动。研究人员多年来一直了解这些基因，以及它们与这些行为的关联。他们一直无法看到的是中间环节。现在，他们首次能够看到这些基因产生的实际连接方式。
这项研究的主要目的并不是发现雌雄果蝇之间的差异，当然更不是为男女之间某些所谓的行为差异寻找神经学解释。
Beckett表示，对比两个在大脑连接上略有差异、而这些差异又与已知重大行为差异相关的大脑，能让科学家清晰地看到所有行为的脑连接变化背后的基本原理。
“你只有一个自变量，即性别，然后你就能看到有什么不同。这是科学家的梦想”。
这些差异让科学家在理解生物学最大问题之一——基因如何影响行为——方面迈出了一大步。
科学家几十年前就知道基因确实影响行为，但对其如何施加影响却知之甚少。Jefferis博士说，答案在于基因如何塑造大脑的连接方式，以及这种连接方式如何影响行为。
“果蝇大脑对比为我们提供了一个非常好的切入点，“他告诉BBC新闻。
“人类有一些行为模式似乎有很强的遗传基础。例如，现在有许多与精神分裂症和自闭症谱系障碍相关的基因变异，我们并不真正理解”。
两年前完成的雌性果蝇大脑内部连接图
他补充说，在改进AI和增强计算机系统方面也存在潜在应用。
“要让AI的效率像我们的大脑一样，可能需要更多的生物学启发。而可能重要的启发实际上是真实的生物连接图。
“有人已经把果蝇大脑置于人工网络的中心，试图看看它是否有助于学习和控制人工系统”。
其他科学合作者来自Gerry Rubin教授领导的HHMI Janelia研究园区、剑桥大学果蝇连接组学研究组、Google Research以及Champalimaud基金会