八奈米看大腦：果蠅記憶中心的秘密地圖

要理解大腦如何學習，其實就像想讀一本沒有目錄的書：你知道裡面有故事，但不知道角色怎麼串起來。科學家們果蠅裡有10萬個左右的神經元，卻不知道他們是怎麼串接起來，提供豐富且多樣的功能。

沒想到，在2017年，Takemura等人提出了一個特別的方法：重建果蠅大腦的3D影像。在果蠅的大腦裡，有個叫做蘑菇體（mushroom body）的腦區。這個腦區形狀長得像蘑菇，看起來很滑稽，卻肩負著重責大任──學習。Takemura等人的研究做的，就是把蘑菇體的α葉完整地以「神經元」為單位重建。每一條神經線、每一個突觸都被記錄下來，形成一張真正的「大腦接線圖」。

這重要在哪？因為學習與記憶是靠神經元之間的連結變化實現的。只有看清楚完整的連線圖，我們才知道訊息怎麼流動、哪些細胞在合作、哪些突觸是關鍵。這種解析度的圖譜等於是第一次讓科學家能用「工程學」的方式理解大腦。

做到這點並不簡單。研究團隊使用 FIB-SEM（一種電子顯微鏡），把果蠅大腦切成連續的 8 奈米厚影像。再靠機器學習演算法與長達八個人年的人工校對，把所有神經元追蹤到它們的突觸位置，最後組成一個完整的3D大腦模型。

這是一個重要的突破。有了完整接線圖，研究團隊發現：

1. 所有感覺訊號都會一起被送到負責決策的神經元。

2. 多巴胺在傳遞訊號時，不是精準只影響一個突觸，而是會在附近整片區域散開，讓周圍許多神經連結一起被改變。就像澆花時水會濺到整個花圃，而不只是一朵花。

3. 大腦裡還藏著一些以前不知道的新型交流方式。

圖譜的完成不是終點，而是許多新發現的開始。

聲明：本文使用ChatGPT5.1協助撰寫

撰文：許芝瑜

原始論文：Shin-ya Takemura, Yoshinori Aso, Toshihide Hige, Allan Wong, Zhiyuan Lu, C Shan Xu, Patricia K Rivlin, Harald Hess, Ting Zhao, Toufiq Parag, Stuart Berg, Gary Huang, William Katz, Donald J Olbris, Stephen Plaza, Lowell Umayam, Roxanne Aniceto, Lei-Ann Chang, Shirley Lauchie, Omotara Ogundeyi, Christopher Ordish, Aya Shinomiya, Christopher Sigmund, Satoko Takemura, Julie Tran, Glenn C Turner, Gerald M Rubin, Louis K Scheffer (2017).A connectome of a learning and memory center in the adult Drosophila brain. eLife, 6, e26975.

https://doi.org/10.7554/eLife.26975