神经系统科学的一个主要任务就是了解大脑神经元与特定行为间的联系。在一项新的研究中，研究人员使用计算机视觉和机器学习技术，构建出一个大型的全脑神经图谱数据库。这些全脑神经图谱揭示了激活成年果蝇中的一部分神经元的行为影响。相关论文近日发表于《细胞》杂志（论文链接）。

 

“该研究的终极目标是将神经元回路与特定的行为关联在一起。当前的神经科学技术，如电生理学成像或钙离子成像，仅允许一次对少数神经元进行低通量记录。在此之前，没有人开发出全脑方法。”论文通讯作者、美国霍华德-休斯医学研究所珍妮莉亚研究园区神经生物学家Kristin Branson说。

 

为了收集数据，研究人员让果蝇参加了行走运动实验，他们将果蝇放入一个直径5英寸的盘子中，盘子的顶端很低，只有约2只果蝇的高度，以防止果蝇从同伴头顶走过。每次实验持续15分钟，研究人员使用8台摄像机同时进行拍摄。行为测量既包括行走、转弯和跳跃等运动行为， ，也包括社会和求偶行为，杏耀注册例如追赶和展翅。

 

研究人员还有选择性地激活果蝇体内的标记神经元。为了可视化观察这些操纵的神经元，他们给它们标记上绿色荧光蛋白。据悉，这些果蝇具有若干表达GAL4转录因子和相对应的GAL4结合上游激活序列的神经元。

 

此外，他们开发出一种自动化机器学习工具，杏耀代理从而能够捕捉每种果蝇品系的运动和行为，并且将它们与野生果蝇进行比较。这种工具为40万只果蝇的行为编制目录。

 

“我们相信这些数据库将有两大用途：果蝇生物神经学家将能借此观察感兴趣的大脑区域，而行为学家将能弄清与不同脑区域关联的行为，然后进行进一步研究。”该研究第一作者、Branson实验室的Alice Robie说。