长久以来，科学家们一直梦想通过绘制完整的大脑神经网络的结构，以了解神经系统是如何工作的。而近些年科学家们把目光锁定在果蝇的大脑。果蝇大脑的一个重要优势是它的大小：果蝇的大脑相对较小，只有约10万个神经元，相比之下，老鼠的大脑有1亿个神经元，人类的大脑有1000亿个神经元。这使得果蝇的大脑相对更容易作为一个完整的回路来研究。

　　果蝇大脑的自动重建去年8月，谷歌宣布了对整个果蝇大脑的第一个纳米分辨率自动重建，该重建专注于细胞的个体形状。但是，这项研究并未揭示有关果蝇大脑连接性的信息。今天，谷歌与霍华德 • 休斯医学研究所（HHMI）的Janelia研究园区的FlyEM团队以及几个研究合作伙伴，发布了“ 半脑”连接组（“hemibrain” connectome），这是对果蝇大脑中神经元连接的高度详细的绘制，还包含一套用于可视化和分析的工具。

　　涵盖了25,000个神经元，有史以来最大、最详尽的果蝇大脑地图研究人员在被称为“半脑”的雌性果蝇大脑的一部分中，追踪了每个神经元的路径。绘制的图像涵盖了25,000个神经元，按体积计算，大约占果蝇大脑的三分之一。

　　半脑数据集包含图中蓝绿色显示的果蝇大脑的一部分，该区域包括参与学习、导航、嗅觉、视觉和许多其他功能的神经元。但其影响是巨大的，半脑中包括科学家感兴趣的区域——那些控制诸如学习、记忆、嗅觉和导航等功能的区域。

　　通过追踪苍蝇大脑中神经元的弯曲路径，科学家们揭示了这些细胞如何连接和协同工作，例如这些参与导航的神经元。到目前为止，已经确定了超过2000万个神经连接，这是有史以来最大、最详尽的果蝇大脑地图。这也是迄今为止绘制的最大的大脑连接突触分辨率图（在所有生物中）。研究团队有望在2022年之前完成对整个果蝇神经系统连接组的绘制。

　　视频展示了“ 半脑”连接组区域的果蝇大脑该项目的目标是创造一种公共资源，使任何科学家都可以使用该公共资源来推进自己的工作。此举类似于20年前发布的果蝇基因组，它已成为生物学的基本工具。电子显微镜逐点成像，FFN自动分割技术加速人工校对时间为了克服构建半脑连接组的挑战，研究人员进行了十多年的研究和开发。在Janelia，研究人员开发了新的方法来对苍蝇的大脑进行染色，然后将这些组织分成单独的20微米厚的薄片。

　　电子显微镜捕获果蝇大脑的灰度图像。然后，人类（以及经过严格训练的算法）确定每个神经元的开始和结束位置，为每个神经元赋予不同的颜色。然后，使用聚焦离子束扫描电子显微镜对每个薄片进行8x8x8nm

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　　体素分辨率成像，这些离子束是为连续数月的连续操作而定制的。研究人员开发了计算方法，将原始数据拼接并对齐到一个连贯的26万亿像素3D体积中。

　　研究人员设计的电子显微镜，连续运行数周，即可对果蝇大脑的各个部分进行逐点成像但是，如果不对果蝇大脑中的神经元进行精确的3D重建，则无法从这种类型的成像数据中生成连接组。2014年，谷歌与Janelia建立了合作关系，开始研究果蝇大脑数据，专注于实现自动化3D重建，共同致力于建立连接组。经过几次技术开发迭代后，研究人员设计了一种称为FNN（flood-filling networks）的方法，并将其应用于重建整个半脑数据集。

　　果蝇半脑数据中神经元的FNN分割（追踪）部分在当前项目中，研究人员优化了重建结果，使其对生成连接组更加有用，而不仅仅是显示神经元的形状。FFN是第一种自动分割技术，能够产生足够精确的重建，使整个半脑计划得以进行。这是因为自动重建中的错误需要专家级的人工“校对员”进行纠正，而以前的方法估计需要数千万小时的人工努力。

　　计算机算法通过电子显微镜捕获的图像跟踪单个神经元的线程，并查明这些神经元的连接位置。然后，人工校对人员检查计算机的工作并补充缺失的部分。借助FFN，只需数十万小时的人工时间校对：两个数量级的改进。这个（仍然很重要的）校对工作是由一个高度熟练的注释团队在两年多的时间里完成的，他们使用了Janelia为此而率先开发的工具和工作流程。例如，注释者使用VR耳机和自定义3D对象编辑工具来检查神经元形状并修复自动重建中的错误。这些修订随后被用于重新训练FFN模型，进而使机器的输出更加准确。最后，经过校对后，将重建与自动突触检测结合在一起，以产生半脑连接组。Janelia的科学家手动标记了单个突触，然后训练了神经网络分类器以自动完成任务。通过多轮标记改进了泛化能力，并且将来自两种不同网络体系结构的结果合并在一起，以在整个半脑中生成可靠的分类。福利释放：人人都可以通过可视化和编程方式研究果蝇连接组今天谷歌宣布的重点是一组相互关联的数据集和工具，使任何有兴趣的人都可以通过可视化和编程方式研究果蝇连接组。具体来说，可以使用以下资源：

　　数TB的原始数据、校对的3D重建和突触注释可以进行交互可视化或批量下载。

　　基于网络的工具neuPrint，可用于查询任何指定神经元的连接性、连接强度和形态。

　　可下载的、紧凑的表示形式的连接组，其字节数比原始数据小约一百万倍。

　　介绍这些资源的使用的文档和视频教程。

　　一篇pre-print，包含与半脑连接组的生产和分析有关的进一步细节。

　　接下来，研究人员将开始使用半脑连接组来更深入的了解果蝇神经系统。例如，一个重要的大脑回路是“中央复合体”，它整合了感官信息，并参与导航、运动控制和睡眠：

　　视频展示了果蝇大脑中央复合体中“环状神经元”的详细视图另一个正在深入研究的回路是“ 蘑菇体 ”，它是果蝇大脑中学习和记忆的主要部位，它的详细结构包含在半脑连接组中。参考连接：https://ai.googleblog.com/2020/01/releasing-drosophila-hemibrain.htmlhttps://www.janelia.org/news/unveiling-the-biggest-and-most-detailed-map-of-the-fly-brain-yet2020，新智元继续与您一起探索🐹于你的AI新天地！AI技术干货，B站风格直播，就在新智元We站小程序！AI🐹你，新智元祝您2020新春快乐！🐹🐹