果蝇大脑玩上《毁灭战士》:16.6万神经元的开源实验

果蝇大脑玩上《毁灭战士》:16.6万神经元的开源实验

神经科学连接组学GoogleDoom果蝇

数据源:Google Research blog + TechSpot + HotHardware + flybrain.online

9 月 3 日,Google Research 和 HHMI Janelia 研究园区发布了雄性果蝇(Drosophila melanogaster)完整的脑和中枢神经系统连接组——MaleCNS v1.0。166,000 多个神经元,约 1.25 亿个突触连接,迄今按神经元数量计最大的完整脑图谱。十年项目,论文发在 Cell

四天后,有人把这套神经系统接进了 1993 年的《毁灭战士》。

果蝇中枢神经系统三维重建,可见中央脑、视叶与腹神经索 图:雄性果蝇脑与中枢神经系统部分神经元的 3D 重建。来源:Google Research

一张接线图是怎么造出来的

连接组学(connectomics)的流程并不神秘:把神经系统切成数百万张超薄切片,逐一用电子显微镜成像,再用 AI 把二维图像拼接成三维重建,追踪出每一条神经通路。Google 的核心工具叫 flood-filling networks——从一个像素出发,用卷积网络判断哪些像素属于同一个神经元,一路「淹没」出整个细胞的形状。

难的部分在后面。AI 重建的误差必须由人类专家逐条校验(proofread),Janelia 的团队为这套雄性果蝇连接组做了完整的人工校对。这一步目前仍需数年人力,也是 Google 下一阶段想用 PATHFINDER 等系统压缩的成本:他们甚至开始把合成神经元掺进训练数据,来提升重建的速度和精度。

果蝇这条线上的里程碑,摆在一起看更清楚:

时间图谱神经元突触范围
2020半脑(hemibrain)2.5 万2,100 万雌性果蝇半个脑
2024FlyWire 全脑~14 万~5,000 万雌性果蝇全脑
2026.09MaleCNS v1.016.6 万1.25 亿雄性全脑 + 腹神经索

MaleCNS 的关键增量是腹神经索(VNC)——果蝇版的脊髓。到此为止,从听觉、视觉、嗅觉输入到运动输出的完整通路,第一次在同一份图谱里闭合。雌雄两套完整连接组也都齐了,对比之下可以直接看到性别二态的神经元差异,比如控制求偶和攻击行为的那些回路。

Doom 是怎么玩的

软件工程师 Alex Wormuth 的做法分三步。每一帧游戏画面刺激模型的感觉神经元;神经活动被映射为游戏控制;果蝇在游戏里受击时,模拟器向两个 PPL101 多巴胺细胞发送电脉冲,充当强化信号——试图搭一个生物版的强化学习回路。他把代码开源了,还挂了个实时页面展示训练过程,配的问题是「这只果蝇能学会活下来吗」。

答案是:目前还看不出。这是整个新闻里最需要泼冷水的地方——所谓「果蝇玩 Doom」,现在只是让一套真实接线图在游戏刺激下产生输出,离「学会」还有非常远的距离。

果蝇神经系统的分区示意:中央脑、视叶与腹神经索 图:MaleCNS 连接组覆盖的三大区域——中央脑(绿)、视叶(紫)、腹神经索(蓝)。来源:Google Research

类似的实验很快扎堆。程序员 Jessica Paquette 用同一套 16.67 万神经元模型操控《超级马里奥 64》,放出的片段里马里奥反复一头撞进墙里——她自述这个项目「literally 100% vibe coded with GPT Astra,纯粹为了好玩」。还有人把连接组接进了《Beat Saber》和《Minecraft》。

这些演示的技术含量确实有限,但它们验证了一件事:一套按生物实测定线的神经回路,可以吃进任意感觉数据、吐出功能性的输出。以前做神经网络只能「受大脑启发」,现在可以拿着一份已知的真实接线,观察它在输入和反馈下的行为。

还有一只被放上网的果蝇

第三方项目里走得最远的是 flybrain.online。它加载了公开数据集中 165,122 个已追踪神经元和 1,028 万条带符号连接(乙酰胆碱兴奋,GABA 和谷氨酸抑制),每个神经元按泄漏积分放电模型(leaky integrate-and-fire)运行——静息电位 −52 mV,阈值 −45 mV,时间常数 20 ms。

它的「眼睛」是把浏览器页面截图采样进 892 个视网膜六边形柱,接到薄片层的 L1 和 L2 单极细胞上——这是果蝇复眼里真实存在的第一级视觉中转。「手」则直接用了果蝇真实的下行神经元:

神经元果蝇里的功能在模拟里控制什么
DNa02左右转向(左右差分)光标的横向移动
DNa01前进爬行光标纵向移动
MDN「Moonwalker」倒退神经元撤销动作
DNp09触发冻结(停走)鼠标点击

训练没有动接线本身,只用演化策略调了每类神经元的突触增益: held-out 测试得分 +20.85,未训练基线 +2.65。然后这个项目做了一件更出格的事——它让这只果蝇浏览真实网页(维基百科、古登堡计划、arXiv 等),甚至用 DNp09 的「点击」在链上发起交易,给自己发了一个代币 $FLYBRAIN,配对资产是 GOOGL。

flybrain.online 实时模拟页面 图:flybrain.online 的实时页面,165,122 个神经元在线运行。来源:flybrain.online

有意思的是这个项目的「诚实清单」。页面明说了模拟的边界:果蝇看网页大约只有 30×30 像素的分辨率,文字对它就是纹理;浅色界面会直接致盲——它的视网膜是亮度图,全部调优都在深色界面上完成(深色界面填表 2/3,浅色 0/3,这个差距反而证明了眼睛真的在工作);它没有目标,没有语言,页面上的第一人称日志全部由一个 LLM 旁白基于神经遥测代笔;奖励信号也是人设的——真果蝇的奖励是糖,这里用新鲜感顶替。

这套自我拆台式的声明,比很多 AI 产品的宣传页诚实得多。

一张静态接线图能算出什么

把这些演示放在一起,值得分清三件常被混为一谈的事。

连接组是一张静态接线图。突触强度、神经调质状态、每个离子通道的参数——这些让大脑「活起来」的变量,图谱里并没有,模拟里全是研究者设的假设。166,000 个神经元放不了电影,也装不下任何记忆。

但它不是「受生物启发的神经网络」。后者是工程师按需求画的拓扑,前者是电镜下一根根数出来的真实接线——连接的方向、符号(兴奋/抑制)、甚至 KC→MBON 通路在多巴胺下只做抑郁式可塑性这种细节,都是实测来的。拿着它做模拟,问「这套真实接线在输入下会算出什么」,跟跑一个人工网络是两类实验。elephantnose fish 后脑的那篇 Nature 工作已经证明了这条路能走通:静态连接组加上其他数据,可以做出迄今最完整的脊椎动物学习机制模型。

最后是发布模式本身。数据集 9 月 3 日上线,9 月 6 日就有了 Doom 演示,一周内从强化学习回路跑到链上交易。一份 CC-BY 协议的科学数据,四天内变成了全球开发者的公共试验场——这个速度才是这次事件真正的叙事。Google 已经把下一个目标定在鱼和小鼠身上。人脑有 860 亿个神经元,距离能跑进《毁灭战士》还早。但方向已经不用再论证了。

参考链接: Google Research: A connectomics milestone: Mapping the complete male fruit fly brain Cell 论文:Sexual dimorphism in the complete connectome of the Drosophila male central nervous system TechSpot: Google mapped a fly’s nervous system and developers are using it to play Doom HotHardware: Google Mapped A Fruit Fly Brain, So Engineers Taught It To Play Doom flybrain.online:项目页面与「what is not real」声明