在放久了的水果盘旁边，几只比米粒还小的果蝇常在空中打转。很多人随手就把它们拍飞了。很少有人想过，这些小虫子正进行着复杂的导航与求偶决策。剑桥大学 MRC 分子生物学实验室近期在《细胞》（Cell）期刊发表成果。研究团队画出了雄果蝇大脑里全部 1.24 亿个神经连接。
这项研究由伊斯贝拉·贝克特（Dr Isabella Beckett）博士与菲利普·施莱格尔（Dr Philipp Schlegel）博士主导。他们结合两年前完成的雌果蝇数据，将两性大脑电路图放在一起对比。科学家看清了基因如何塑造动物行为。果蝇雌雄大脑有 95% 的电路细胞相互共享。剩下 5% 的线路差异，则精确控制着求偶、打架与唱情歌。
科学家把果蝇大脑切成66片，画出1.24亿个连接点
要画清果蝇大脑的电路，难度极高。果蝇大脑包含约 14 万个神经元（Neuron，大脑中传递信息的细胞）。这些细胞交织出 1.24 亿个神经连接。为了看清线路，研究人员把果蝇大脑切成 66 片超薄切片。随后利用高分辨率电子显微镜反复扫描成像。
剑桥团队联合 Google Research、HHMI Janelia 园区及香帕利莫基金会展开合作。研究人员把海量图像拼接成一张 3D 神经连接图谱（Connectome，神经细胞组成的电路图）。此前科学家知道基因能改变行为，但看不见具体的物理线路。这张图谱把隐形的神经电路清晰展现在屏幕上。
图：雄果蝇大脑 3D 重建图，测绘出 1.24 亿个神经连接。来源：MRC / BBC
95%细胞基本相同，剩余5%电路直接决定打架与唱歌
两年前，科研团队已画出雌果蝇大脑接线图。这一次拿到雄果蝇图谱后，研究人员将两张地图重叠比对。结果发现，两性果蝇大脑有大约 95% 的神经细胞直接重合。这些通用线路负责维持飞翔、寻食和避障等生存基础功能。
图：两年前完成测绘的雌果蝇大脑接线图。来源：MRC / BBC
剩下的 5% 差异线路，正好对应雄果蝇独有的三种典型行为回路。第一处是视觉追踪线路。雄果蝇拥有额外电路，用于在飞行中紧盯雌果蝇。第二处是攻击行为线路。雄果蝇打架频率更高，控制进攻的线路数量显著多于雌性。
第三处是独特的求偶情歌线路。雄果蝇求偶时会高速振动单侧翅膀，向雌果蝇表白。这段振翅电路在雌果蝇大脑中并不存在。菲利普·施莱格尔博士指出，如果情歌唱得不好，雌果蝇会直接飞走。有时雌果蝇还会一脚踢在雄果蝇脸上。
基因通过长出实际线路，把行为硬编码进大脑
科学家多年前就发现，改变果蝇体内两个关键基因就能改变求偶行为。然而过去几十年来，遗传学和脑科学之间隔着一道鸿沟。大家知道基因指令存在，也看到行为改变了。但大家说不清基因在器官层面干了什么。
两性接线图的对比填补了这段空白。研究人员看到，那两个关键基因像工人敷设电缆。基因专门指挥 5% 的神经元生长并连接成网。基因对行为的塑造靠物理线路支撑。它通过在大脑里铺设不同线路来执行指令。
果蝇线路图不解释男女差异，但能当人类脑疾病新望远镜
研究团队提醒公众，不要将果蝇的大脑差异简单推演到人类身上。果蝇大脑只有十几万个神经细胞，而人类大脑拥有约 860 亿个神经元。人类行为受到复杂的后天环境、文化和学习过程塑造。这套图谱的价值在于提供了一种研究基因与布线关系的基础模型。
格雷戈里·杰弗里斯（Prof Gregory Jefferis）教授把这张图比作神经科学的「新望远镜」。人类自闭症和精神分裂症等疾病，都与大脑神经元连接异常密切相关。贝克特博士表示，果蝇实验只需控制性别这一个独立变量（Independent Variable，用于观察效果的核心条件）。研究人员就能看清线路改变。这为理解人类脑疾病提供了全新视角。
果蝇脑用极低能耗打败超级计算机，AI正向它取经
除了生物学价值，果蝇大脑接线图还在计算机科学界引发关注。现有的超级计算机运行 AI 模型要消耗数兆瓦电能。而果蝇大脑功耗还不到毫瓦级。如此微小的能耗能支撑实时视觉追踪、飞行导航和社交决策。它的计算效率令人惊叹。
目前研究团队正与 AI 专家合作。他们将果蝇电路结构引入人工神经网络（Artificial Neural Network，模仿生物大脑构建的模型）。工程师希望借鉴果蝇用 5% 专有线路高效切换任务的机制。这有助于开发出体积更小、能耗更低的新型智能算法。
果蝇大脑 95% 相同与 5% 不同的图谱，让科学家看见了大脑里的硬件线路。基因影响行为具有明确的物理实体。它通过改造 5% 的电路连接，决定昆虫去打架还是唱情歌。神经科学的新望远镜已经打开。随着它对准更复杂的脑网络，人类离解开大脑布线谜团也越来越近。
参考链接：
- BBC 报道：果蝇大脑如何帮助解释人类行为
- Cell 期刊研究论文
