长久以来，科学家们一直梦想通过绘制完整的大脑神经网络的结构，以了解神经系统是如何工作的。
而近些年科学家们把目光锁定在果蝇的大脑。
果蝇大脑的一个重要优势是它的大小：果蝇的大脑相对较小，只有约10万个神经元，相比之下，老鼠的大脑有1亿个神经元，人类的大脑有1000亿个神经元。
这使得果蝇的大脑相对更容易作为一个完整的回路来研究。
去年8月，谷歌宣布了对整个果蝇大脑的第一个纳米分辨率自动重建，该重建专注于细胞的个体形状。
但是，这项研究并未揭示有关果蝇大脑连接性的信息。
今天，谷歌与霍华德 • 休斯医学研究所（HHMI）的Janelia研究园区的FlyEM团队以及几个研究合作伙伴，发布了“ 半脑”连接组（“hemibrain” connectome），这是对果蝇大脑中神经元连接的高度详细的绘制，还包含一套用于可视化和分析的工具。
涵盖了25,000个神经元，有史以来最大、最详尽的果蝇大脑地图
研究人员在被称为“半脑”的雌性果蝇大脑的一部分中，追踪了每个神经元的路径。绘制的图像涵盖了25,000个神经元，按体积计算，大约占果蝇大脑的三分之一。
但其影响是巨大的，半脑中包括科学家感兴趣的区域——那些控制诸如学习、记忆、嗅觉和导航等功能的区域。
到目前为止，已经确定了超过2000万个神经连接，这是有史以来最大、最详尽的果蝇大脑地图。这也是迄今为止绘制的最大的大脑连接突触分辨率图（在所有生物中）。研究团队有望在2022年之前完成对整个果蝇神经系统连接组的绘制。
震撼！谷歌发布史上最强1/3果蝇大脑地图，精准定位25000个神经元连接！
视频展示了“ 半脑”连接组区域的果蝇大脑该项目的目标是创造一种公共资源，使任何科学家都可以使用该公共资源来推进自己的工作。此举类似于20年前发布的果蝇基因组，它已成为生物学的基本工具。
电子显微镜逐点成像，FFN自动分割技术加速人工校对时间
为了克服构建半脑连接组的挑战，研究人员进行了十多年的研究和开发。在Janelia，研究人员开发了新的方法来对苍蝇的大脑进行染色，然后将这些组织分成单独的20微米厚的薄片。
然后，使用聚焦离子束扫描电子显微镜对每个薄片进行8x8x8nm3体素分辨率成像，这些离子束是为连续数月的连续操作而定制的。研究人员开发了计算方法，将原始数据拼接并对齐到一个连贯的26万亿像素3D体积中。
但是，如果不对果蝇大脑中的神经元进行精确的3D重建，则无法从这种类型的成像数据中生成连接组。
2014年，谷歌与Janelia建立了合作关系，开始研究果蝇大脑数据，专注于实现自动化3D重建，共同致力于建立连接组。
经过几次技术开发迭代后，研究人员设计了一种称为FNN（flood-filling networks）的方法，并将其应用于重建整个半脑数据集。
在当前项目中，研究人员优化了重建结果，使其对生成连接组更加有用，而不仅仅是显示神经元的形状。
FFN是第一种自动分割技术，能够产生足够精确的重建，使整个半脑计划得以进行。这是因为自动重建中的错误需要专家级的人工“校对员”进行纠正，而以前的方法估计需要数千万小时的人工努力。
借助FFN，只需数十万小时的人工时间校对：两个数量级的改进。这个（仍然很重要的）校对工作是由一个高度熟练的注释团队在两年多的时间里完成的，他们使用了Janelia为此而率先开发的工具和工作流程。
例如，注释者使用VR耳机和自定义3D对象编辑工具来检查神经元形状并修复自动重建中的错误。这些修订随后被用于重新训练FFN模型，进而使机器的输出更加准确。
最后，经过校对后，将重建与自动突触检测结合在一起，以产生半脑连接组。Janelia的科学家手动标记了单个突触，然后训练了神经网络分类器以自动完成任务。
通过多轮标记改进了泛化能力，并且将来自两种不同网络体系结构的结果合并在一起，以在整个半脑中生成可靠的分类。
福利释放：人人都可以通过可视化和编程方式研究果蝇连接组
今天谷歌宣布的重点是一组相互关联的数据集和工具，使任何有兴趣的人都可以通过可视化和编程方式研究果蝇连接组。具体来说，可以使用以下资源：
数TB的原始数据、校对的3D重建和突触注释可以进行交互可视化或批量下载。
基于网络的工具neuPrint，可用于查询任何指定神经元的连接性、连接强度和形态。
可下载的、紧凑的表示形式的连接组，其字节数比原始数据小约一百万倍。
介绍这些资源的使用的文档和视频教程。
一篇pre-print，包含与半脑连接组的生产和分析有关的进一步细节。
震撼！谷歌发布史上最强1/3果蝇大脑地图，精准定位25000个神经元连接！
视频展示了果蝇大脑中央复合体中“环状神经元”的详细视图另一个正在深入研究的回路是“ 蘑菇体 ”，它是果蝇大脑中学习和记忆的主要部位，它的详细结构包含在半脑连接组中。
参考连接：https://ai.googleblog.com/2020/01/releasing-drosophila-hemibrain.htmlhttps://www.janelia.org/news/unveiling-the-biggest-and-most-detailed-map-of-the-fly-brain-yet
2020，新智元继续与您一起探索🐹于你的AI新天地！AI技术干货，B站风格直播，就在新智元We站小程序！AI🐹你，新智元祝您2020新春快乐！🐹🐹
