神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)的一個主要任務(wù)就是了解大腦神經(jīng)元與特定行為間的聯(lián)系。在一項(xiàng)新的研究中，研究人員使用計(jì)算機(jī)視覺和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，構(gòu)建出一個大型的全腦神經(jīng)圖譜數(shù)據(jù)庫。這些全腦神經(jīng)圖譜揭示了激活成年果蠅中的一部分神經(jīng)元的行為影響。相關(guān)論文近日發(fā)表于《細(xì)胞》雜志。

“該研究的**目標(biāo)是將神經(jīng)元回路與特定的行為關(guān)聯(lián)在一起。當(dāng)前的神經(jīng)科學(xué)技術(shù)，如電生理學(xué)成像或鈣離子成像，僅允許一次對少數(shù)神經(jīng)元進(jìn)行低通量記錄。在此之前，沒有人開發(fā)出全腦方法?！闭撐耐ㄓ嵶髡摺⒚绹羧A德-休斯醫(yī)學(xué)研究所珍妮莉亞研究園區(qū)神經(jīng)生物學(xué)家Kristin Branson說。

為了收集數(shù)據(jù)，研究人員讓果蠅參加了行走運(yùn)動實(shí)驗(yàn)，他們將果蠅放入一個直徑5英寸的盤子中，盤子的頂端很低，只有約2只果蠅的高度，以防止果蠅從同伴頭頂走過。每次實(shí)驗(yàn)持續(xù)15分鐘，研究人員使用8臺攝像機(jī)同時進(jìn)行拍攝。行為測量既包括行走、轉(zhuǎn)彎和跳躍等運(yùn)動行為，也包括社會和求偶行為，例如追趕和展翅。

研究人員還有選擇性地激活果蠅體內(nèi)的標(biāo)記神經(jīng)元。為了可視化觀察這些操縱的神經(jīng)元，他們給它們標(biāo)記上綠色熒光蛋白。據(jù)悉，這些果蠅具有若干表達(dá)GAL4轉(zhuǎn)錄因子和相對應(yīng)的GAL4結(jié)合上游激活序列的神經(jīng)元。

此外，他們開發(fā)出一種自動化機(jī)器學(xué)習(xí)工具，從而能夠捕捉每種果蠅品系的運(yùn)動和行為，并且將它們與野生果蠅進(jìn)行比較。這種工具為40萬只果蠅的行為編制目錄。

“我們相信這些數(shù)據(jù)庫將有兩大用途：果蠅生物神經(jīng)學(xué)家將能借此觀察感興趣的大腦區(qū)域，而行為學(xué)家將能弄清與不同腦區(qū)域關(guān)聯(lián)的行為，然后進(jìn)行進(jìn)一步研究?！痹撗芯?*作者、Branson實(shí)驗(yàn)室的Alice Robie說。