16.6万神经元全画完，果蝇大脑性别差异首次现形

一只雄性果蝇的大脑里，藏着16.6万个神经元和1.24亿条突触连接。现在，这些密密麻麻的线路第一次被完整画了出来。

9月3日，霍华德·休斯医学研究所Janelia Research Campus、Google Research、英国医学研究委员会分子生物学实验室（MRC LMB）、剑桥大学等机构组成的团队在《Cell》发表研究，公布了首个成年雄性果蝇完整中枢神经系统连接组。这张图覆盖中央脑、两侧视叶和腹神经索，包含166,700个神经元、11,710种神经元类型，以及约1.24亿条突触连接——按神经元数量算，这是目前规模最大的完整脑连接组。

更关键的是，这张图补齐了一块重要拼图：2024年FlyWire联盟刚在《Nature》发表了成年雌性果蝇的全脑连接组。一雄一雌两张图放在一起，人类第一次能在全脑、突触分辨率上系统比较不同性别的神经线路。

从“看见”到“行动”的完整通路

所谓连接组，就是一张精确到神经元和突触尺度的线路图。它不仅记录大脑里有哪些神经元，还告诉研究者它们怎么连、信息可能走哪条路。

这次最大的突破，是团队首次完整保留了雄性果蝇大脑与腹神经索之间的连接。腹神经索相当于昆虫神经系统中连接大脑和身体的通路，腿、翅膀的运动控制都跟它有关。颈部连接完整保留后，视觉、嗅觉、听觉等信息进入大脑，经过中枢处理，再传到控制腿和翅膀的运动神经元——整个过程可以在同一张图里追踪。

研究团队用网络分析方法，计算不同感觉输入通往不同运动系统时最可能经过的线路。过去研究者得围绕少数已知神经元一点点找上下游，现在可以直接在整张神经网络上搜索候选路径。

以视觉为例，研究人员可以从复眼中的R1-R6视觉神经元出发，沿着多级神经元一路找到通往下行运动系统的候选线路。他们还发现了一条与雄性求偶追踪相关的视觉通路：雄性特有的LoVP92神经元可以通过VES200m，连接到参与转向控制的DNg13神经元。

雌雄大脑大部分相同，差异藏在高级脑区

对比结果首先证明了一件事：雄性和雌性果蝇的大脑其实大部分都一样。

研究团队把大脑神经元分成三类：两种性别基本一致的“同构”神经元、只存在于一种性别的“性别特异”神经元、以及雌雄都有但形态或连接不同的“性别二态”神经元。在雄性中央脑中，大约3.4%的神经元属于雄性特有，1.4%属于性别二态，两者合计不到5%。

但关键不在于数量，而在于位置。这些差异不是随机散落，而是集中在负责信息整合和行为控制的高级脑区。越靠近视觉、嗅觉等感觉输入端，以及控制腿、翅膀的运动端，雌雄反而越相似。

换句话说，雌雄果蝇在感觉输入和运动控制这些基础环节上大体一致，真正的分化出现在中间的信息处理和行为选择环节。

雄性求偶追踪：一条多出来的深层线路

雄性果蝇追逐雌性时，会不断调整方向，把雌性保持在正前方视野。研究发现，雌雄果蝇前端的视觉系统几乎没有差别，真正的分化出现在视觉信息进入中央脑之后。

这里有一批神经元专门处理前方视野的信息，其中雄性特有的LoVP92会接入一组与求偶相关的性别二态回路，再连接到控制转向的下行神经元。雌雄果蝇都能看到前方目标，但雄性大脑多出了一条与追逐求偶相关的深层线路——研究者认为，这套连接可能帮助雄性在追逐过程中持续锁定前方雌性。

听觉系统也是类似逻辑。雄性果蝇求偶时会振动翅膀发出特定节奏的求偶歌。同样的声音被雌性听到，可能让她减慢移动、进入接受交配的状态；被雄性听到，却可能提高活动水平、继续求偶，甚至加强雄性之间的竞争。同一段声音经过前面的共享线路后，会被重新接入不同的性别特异神经回路。论文把其中一些结构形容成类似“switchboard”——可以改变信息去向的交换节点。

嗅觉系统同样如此。果蝇依靠气味和信息素识别潜在配偶，前两级感觉神经元中的雌雄差异很少，更多变化出现在更高级的处理环节。一些两性共有的投射神经元会在这里接入雄性特有或性别二态的下游回路，并进一步参与求偶行为。

不到5%的差异，如何撬动行为分化

这几个方向的研究指向同一个结论：性别差异不需要遍布整个神经系统，少数位于高级脑区的关键连接，就可能改变信息最终流向哪里，进而影响行为。

这也解释了为什么不到5%的明显性别差异神经元，仍可能产生远超其数量比例的影响。研究团队认为，把这些差异集中在少数高度互联的中枢模块中，可能是一种更容易在进化中产生新行为的方式：保留大部分基础神经架构，只调整有限的节点和连接，就可能形成新的行为模式。

不过，连接组提供的仍然是一张静态线路图。它能告诉研究者哪些神经元相互连接，却不能单独证明某条回路一定会导致某种行为。接下来，研究人员还需要结合神经活动记录、遗传操控和行为实验，验证这些从连接图中发现的“线路开关”。

44年人工校对，换来一张8纳米精度的图

这张图之所以直到现在才完成，跟连接组研究的技术门槛直接相关。团队使用7套增强型聚焦离子束扫描电子显微镜，连续工作13个月，获得约160万亿体素的图像数据，分辨率达到8纳米。

AI负责自动分割神经元、追踪轴突和树突并识别突触，但自动结果仍需要研究人员逐一检查和修正。论文估算，仅人工校对工作的总投入，就相当于一个人连续工作约44年的工作量。

投入如此巨大，换来的是对“性别如何影响行为”这个经典问题的新切入点。相似的大脑，为什么会因为性别不同而产生不同的行为？现在，研究者第一次有了可以沿着完整神经线路寻找答案的地图。