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AI 輔助科學研究

AI 分割與人工校對完成雄果蠅全中樞連接體,公開 1.25 億個突觸

Google Research、HHMI Janelia 與劍橋團隊完成涵蓋腦部及腹神經索的雄果蠅連接體,收錄逾 16.6 萬個神經元。資料與查詢工具已開放,但單一個體的靜態接線圖仍不能直接解釋神經活動或行為因果。

Simon Bening · Public domain · Image source
zh-Hant

Google Research、HHMI Janelia、劍橋大學與英國 MRC LMB 正式發表首個完整雄性果蠅中樞神經系統連接體。資料從中央腦、視葉一路延伸至相當於脊髓的腹神經索,包含逾 166,000 個神經元及約 1.25 億個突觸;相較只涵蓋腦部的既有圖譜,研究者現在可在同一張圖上追蹤感覺輸入如何跨越頸部連接區,抵達控制腿部等動作的運動神經元。

建置流程先以聚焦離子束掃描電子顯微鏡取得奈米尺度影像,再由 Google 的機器學習系統拼接切片並完成初始三維分割。其核心技術脈絡包括 flood-filling networks:卷積網路從單一像素出發,反覆預測哪些鄰近像素屬於同一細胞。自動結果並非最終答案;Janelia 與劍橋的專家仍逐一校正錯接、標註突觸與判定細胞類型,因此這項成果同時揭示目前連接體 AI 的限制——模型大幅縮小搜尋空間,卻尚未消除昂貴的人類校對。

新資料也首次允許在突觸解析度下比較完整雄、雌成體神經系統。團隊辨識出 262 種性別特有及 114 種性別二型細胞類型,合計只占中央腦約 4.8%,但連線差異可傳播至更廣的網路。這為研究求偶、攻擊與感覺—動作轉換提供可檢驗的候選迴路,而不是只從行為反推局部神經元。

資料採 CC BY 授權,研究者可透過 NeuPrint 查詢連線、用 Neuroglancer檢視影像,或以 Python 與 R 套件進行程式化分析。需要警惕的是,連接體描述結構,不包含突觸強度隨時間變化、神經調質或完整活動狀態;資料也主要來自單一雄性標本。下一步關鍵將是跨個體重建、與活動影像及基因表現對齊,並測試 AI 分割能否在維持可稽核準確率的前提下進一步降低人工校對量。

來源

  1. A connectomics milestone: Mapping the complete male fruit fly brain
  2. Male CNS Connectome