“果蝇细胞地图”联盟：人和人工智能联手研究大脑的复杂性

果蝇大脑中大约有10万个不同种类的细胞，虽然它比人脑规模小得多，但不同类型神经元和细胞组成的复杂网络跟人脑很像。

为了真正地理解大脑运作，我们需要单独放大每个细胞。弗兰德斯生物技术研究所（VIB）教授Stein Aerts说：“所有器官和组织都由许多不同细胞组成，细胞之间彼此沟通以了解到底发生了什么。我们的任务是搞清楚所有器官，包括大脑中哪些细胞和哪些细胞在什么时候做什么事情。”

“这不是一件容易的任务，”团队成员Kristofer Davie解释说。“粗略估计果蝇脑内10万个细胞约表达15000个基因。简单计算一下就会发现，我们面临的是创建超过十亿个数据点来分析随时间变化的细胞地图。”

如此大规模的数据挖掘只能依靠“人工智能（artificial intelligence，AI）”。研究组基于不同年龄的果蝇大脑细胞收集数据，利用机器学习方法精确预测细胞老化，编目了超过80种不同细胞细胞类型簇，有趣的是，他们发现并非所有细胞都以相同方式老化。

绘制数千个细胞的基因表达图谱是一项艰巨的任务，那么，是什么驱动团队完成整个任务的呢？是疾病。

“随着年龄增长、环境改变和各种疾病反应，细胞不断改变自身角色，”Stein Aerts解释。“实时评估患者组织和细胞的分子状态，是早期诊断和有效治疗的一座圣杯。为了到达这一目的地，我们需要开发模型和工具来了解细胞的动态变化。”

这张果蝇大脑老化地图首先代表了一个技术创举。Aerts团队是世上首个在如此精细尺度测绘完整生物大脑的研究团队。

“我们在一个唯一的网络平台上免费提供了所有数据，其他科学家也可以在上面保存他们的数据，”Aerts说。他与国际上使用单细胞测序技术研究果蝇不同器官的同事们成立了一个“果蝇细胞地图（Fly Cell Atlas）”联盟。“这是生物医学研究令人激动的时刻，在单细胞分辨率观察基因表达，已经发现了如此多的信息，以至于人脑计算几乎无法跟上。”（http://flyatlas.org/atlas.cgi）

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A single-cell transcriptome atlas of the ageing Drosophila brain