長期以來，科學家們一直在努力鑒定大腦回路的形成方式，以便他們能夠了解讓存在問題的神經元重新連接起來.如今，在一項新的研究中，美國斯坦福大學的生物學教授Liqun Luo、生物工程與應用物理系教授Stephen Quake及其團隊通過逐個細胞地構建出果蠅嗅覺神經元的詳細基因藍圖，從而在這個方向上邁出了重要的一步。相關研究結果發表在2017年11月16日的Cell期刊上，論文標題為“Classifying Drosophila Olfactory Projection Neuron Subtypes by Single-Cell RNA Sequencing”。

這項研究的基礎想法是理解相對簡單的果蠅大腦中的神經元類型，和鑒定指導果蠅大腦中不同類型的神經元準確地形成連接的分子。隨著時間的推移，人們想要采用類似的方法研究人大腦中復雜得多的細胞組成，甚至可能有朝一日修復大腦疾病中的錯誤連接。

這些研究人員著重研究果蠅大腦嗅覺系統中的細胞。之前的實驗研究已證實果蠅的嗅覺系統是一種簡單的回路，這就使得它成為一種開發新的遺傳技術來探測大腦回路如何相連接的理想測試平臺。果蠅大腦的嗅覺中心有50種類型的中樞神經神經元（central processing neuron），它們長出將這50種類型的感覺神經元連接在一起的絲狀細絲。每對連接在一起的神經元允許果蠅聞出一組氣味，當組合在一起時，果蠅能夠檢測出廚房中無數的水果氣味.為了觀察這些細胞表達的全部基因，這些研究人員采用一種由Quake開創的方法，從而能夠讓人們對細胞中的所有mRNA進行測序。Quake及其合作者開發出的這種單細胞測序技術已經得到了廣泛的應用，而且也是上開發人細胞類型和小鼠細胞類型的綜合圖譜的基礎。但是作為論文作者的博士后研究員Hongjie Li和博士生Felix Horns對這種技術進行調整使得它適用于果蠅，這是因為果蠅具有較小的細胞，而且每個細胞具有更少的mRNA。

終，這些研究人員想要為人神經系統構建基因藍圖，但是他們的步必須是鑒定出人大腦中的細胞組分。這是特別具有挑戰性的，這是因為盡管能夠通過功能、生理學性質、解剖學特征和基因表達來確定細胞的類型，但是人們很難將這些性質進行統一。兩個細胞可能具有相同的功能，但是具有不同的生理學性質。Luo說，“人們一直希望單細胞RNA測序會有助于解決這個問題，但是迄今為止，這并不是件簡單的事情。”

鑒于在過去的二十年里，Luo和他的實驗室已很好地了解果蠅嗅覺系統的功能、生理學性質和解剖學特征，首先研究這種有機體是有幫助的。盡管人們仍在爭論人大腦是否具有1000或10000種細胞類型，但是Luo說，我們已知果蠅嗅覺系統中的細胞類型數量。這就使得這種簡單的有機體成為將基因表達與細胞類型難題中的其他部分相關聯在一起和開發一種終研究人類大腦的過程的理想測試平臺.

盡管這些研究人員離這個目標還有很長的距離，但是他們的發現已對果蠅的心理產生了一些有趣的見解。例如，他們發現在發育期間，當嗅覺神經元選擇連接搭檔時，不同神經元類型之間的基因表達是不同的。但是隨著果蠅發育成熟，不同神經元類型的基因表達模式變得難以區分。Horns說，“一旦大腦建立連接，果蠅就不需要表達這些有助它們選擇連接搭檔的基因。因此，成年果蠅具有較低的基因表達多樣性。”

終的目標就是開發新的強大工具來理解在人大腦中建立連接的基因藍圖。Li說，“通過進一步開發這種方法，我們希望有朝一日進行逆向設計，可能甚至修復人大腦中的有缺陷的回路