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科学家历时近二十载，终于绘制出成年雄性果蝇完整的中央神经系统连接组图谱。这一里程碑式的成就首次提供了对超过16.6万个神经元及其数百万个突触连接的电路级视图，详细揭示了感觉信号如何转化为运动执行的机制，并为绘制复杂的脊椎动物大脑图谱开启了新篇章。

早在2008年，当霍华德·休斯医学研究所（HHMI）珍妮莉亚研究园区（Janelia Research Campus）的科学家首次宣布他们绘制果蝇大脑所有神经元的目标时，神经科学界普遍对此表示怀疑。当时，唯一完整绘制的神经系统是线虫（Caenorhabditis elegans），该生物仅有302个神经元，其重建工作耗费了十多年艰苦的手工劳动。因此，对一个拥有超过10万个细胞的昆虫神经系统进行描绘，似乎成本过高、速度缓慢且技术上遥不可及。

如今，这项长期的“豪赌”终于取得了丰硕的回报。珍妮莉亚研究园区的研究人员与MRC分子生物学实验室、剑桥大学和谷歌研究团队合作，成功完成了成年雄性果蝇（Drosophila melanogaster）的完整连接组。

这份最终蓝图描绘了整个中央神经系统中的超过16.6万个神经元和数百万个突触连接，整合了大脑、两个视叶以及腹神经索（ventral nerve cord，相当于脊椎动物的脊髓）。

珍妮莉亚研究园区生物学主管、资深小组组长兼创始执行主任格里·鲁宾（Gerry Rubin）表示：“如果没有果蝇项目，这一切都不会发生。我们坚信能够组建一个跨学科团队，开发出将连接组生成效率提高1000倍以上的方法，这是我们的关键贡献。没有它，我们可能还在原地等待。”

项目启动时，研究人员估算，采用标准方法组装果蝇连接组将需要500名专家工作十年。要将这一预测变为现实，必须从根本上重构成像技术和计算机视觉系统。

在资深小组组长哈拉尔德·赫斯（Harald Hess）的指导下，研究团队迭代改进并规模化了定制的电子显微镜技术，以纳米级分辨率捕获单个神经元膜的高对比度图像。同时，计算团队与谷歌研究部合作，构建了能够自动分割密集神经组织并解释海量图像数据集的机器学习模型。

这种逐步规模化的努力在2020年通过“半脑”（hemibrain）的发布实现了概念验证，该研究详细重建了果蝇半个大脑中的2.5万个神经元。“半脑”展示了连接组学的强大潜力，在全球范围内催生了数百项关于感觉和认知处理的后续研究。

完整中央神经系统连接组的完成，标志着神经科学家首次能在成年动物体内追踪从感觉器官到运动执行器的无中断、端到端电路。

研究人员现在可以追踪来自眼睛、触角和味觉受体的信号，它们如何进入大脑的计算中枢，并向下级联至腹神经索内的运动回路。这种连续的路径使得研究人员能够确定控制导航、求偶、躲避和捕食防御等行为的精确细胞逻辑。

此外，雄性果蝇连接组为比较连接组学提供了关键基线。研究人员已利用这些数据探索了控制求偶和攻击性的性别二态性电路，并描绘了昆虫视觉处理和味觉辨别背后的精细布线。

在果蝇身上验证的方法学正被应用于脊椎动物系统。珍妮莉亚研究园区的研究人员正积极构建两种光学透明脊椎动物模型的连接组：斑马鱼幼虫（Danio rerio）和微型成年鱼Danionella cerebrum。

通过以单细胞分辨率解读这些脊椎动物系统的组织结构，科学家旨在建立行为产生的机制模型。这些脊椎动物的布线图有望为理解人类大脑功能障碍提供基础框架，揭示导致重度抑郁症和阿尔茨海默病等疾病的电路故障。