ショウジョウバエ雄の全中枢神経系を解読、史上最大の脳地図を公開

発表の概要

Google ResearchとHHMI Janeliaなどからなる研究チームは、キイロショウジョウバエ(Drosophila melanogaster)雄の脳と中枢神経系の完全な配線図を公開した。この成果は学術誌Cellに掲載され、「Sexual dimorphism in the complete connectome of the Drosophila male central nervous system」と題されている。

この配線図には16万6,000個以上のニューロンと1億2,500万個のシナプス接続が含まれ、これまでに報告された中で最も多くのニューロンを持つ脳地図となる。ショウジョウバエは遺伝学のモデル生物として多くのノーベル賞に貢献してきたが、今回の地図によって神経科学の分野でも重要な資源が得られたことになる。

技術的な特徴

コネクトミクスでは、脳を非常に薄い切片に切断し、電子顕微鏡で撮影した画像をAIでつなぎ合わせて3次元再構築する。Googleの研究チームは、この再構築の精度を高めるために、フラッドフィリングネットワークやPATHFINDERといったAI手法を開発してきた。

今回の雄の地図では、腹髄(ventral nerve cord)も含まれており、これは脊椎動物の脊髄に相当する。脳だけでなく、脳から身体への司令経路まで含めた地図が得られたことで、感覚入力から運動出力までの情報の流れを追跡しやすくなった。

神経の形の検証と注釈(アノテーション)はHHMI Janeliaの人間の専門家チームが担当しており、Googleが開発したオープンソースの可視化ツール「Neuroglancer」で閲覧・ダウンロードが可能である。

雌の地図との比較

今回の雄の地図は、既に公開されている雌の脳地図や、最近公開された雌の脳と神経索の完全な地図を補完するものだ。雄と雌の両方について中枢神経系の地図がそろったことで、ニューロンの構造が性別によってどのように異なるかを詳しく調べられるようになった。

この比較から、性差のあるニューロンの例も確認されている。雄のニューロンには雌にはない追加の突起が2本存在する例が示されており、こうした構造差が求愛や攻撃といった行動の生物学的機構の解明につながるとみられる。

また、雌雄で共通する脳領域の地図が2つそろったことにより、個体間のばらつきの研究も進むと期待されている。

残された課題と応用

ショウジョウバエの脳地図を作るには、現在でも人間の専門家による何年もの検証と注釈作業が必要である。この人手による誤り訂正の必要性を減らすことができれば、より大規模な脳地図作成プロジェクトを、現実的な予算と期間で実施できる可能性がある。

研究チームは今後、脊椎動物であるゾウギンザメの後脳やゼブラフィッシュの幼虫の全脳マッピングなどに取り組むとしている。人間の脳は860億個のニューロンを持つため現時点では全容の解明は不可能だが、今回の手法はアルツハイマー病やうつ病などの脳疾患の理解にも役立つとみられる。