ある意味、ショウジョウバエは私たち人間とよく似ています。目、脚、神経系を持ち、果物が大好きです。しかし、私たち人間とは異なり、ショウジョウバエの脳には数千個のニューロンしかありません。そのため、科学者はすべての細胞だけでなく、細胞間のすべての接続をマッピングすることができます。こうして初めて、ショウジョウバエという生き物の完全なデジタル「コネクトーム」が誕生したのです。考えてみれば、それは基本的に人間です。
ショウジョウバエ（学名：Drosophila（メラノガスターですが、通常はこの部分は不要です））との類似点を誇張しすぎているかもしれませんが、多くの生物学実験でショウジョウバエが使われるのには理由があります。あなたは自分がこれらの生き物にあまり似ていないと思うかもしれませんが、細菌や渦鞭毛藻類よりも、間違いなくショウジョウバエに近いのです。ショウジョウバエのような比較的単純な動物を理解することさえ、動物や生命全般について多くのことを学ぶことができます。
ショウジョウバエは酵母と並んで、おそらく最もよく理解されている生物であるにもかかわらず、一匹のショウジョウバエでさえ、あらゆる側面をシミュレートするには桁違いに複雑です。ましてや、単一細胞さえ適切にシミュレートするのは至難の業です。しかし、生物をゲシュタルトとしてではなく、相互に関連するシステムの集合体として捉えれば、象に噛みつき始めることができるでしょう。
ケンブリッジ大学の生物学者率いるチームによる最新の研究成果は、ショウジョウバエの幼虫の脳の「シナプスごとの地図」です。3,016個のニューロンと54万8,000個のシナプスを持つこの地図は、脳の地図が作成された最後の生物である下院議員の10倍の複雑さを誇ります。（実際には、最も複雑な種類の蠕虫である環形動物でした。ヒトは約860億個のニューロンとほぼ無数のシナプスを持っています。）
ショウジョウバエの幼虫は、もちろんハエではありませんが、適応行動、成虫の脳に類似した構造、短期・長期記憶、その他予想される脳機能など、既に高度な生物です。しかも、捕獲も容易です。さらに重要なのは、本日Science誌に掲載された論文にあるように、「数千個のニューロンを持つコンパクトな脳を持ち、電子顕微鏡（EM）を用いてナノスケールで画像化し、その回路を妥当な時間枠内で再構築できる」ということです。言い換えれば、ちょうど良いサイズで、それほど奇妙ではないということです。
脳は信じられないほど薄い層にスライスされ、電磁波で画像化されました。得られたスライスは、ニューロンや軸索、その他の細胞構造が層間でどのように繋がっているかを詳細に調べるために注意深く観察されました。「私たちは、多シナプス経路を介した脳全体の信号伝播を追跡するアルゴリズムを開発し、フィードフォワード（感覚から出力への）経路とフィードバック経路、多感覚統合、そして脳半球間の相互作用を分析しました」と研究者たちは記しています。
その結果、ご覧のようなモデルが完成しました。ピエロのかつらをかぶったナメクジのように見えます (生体内ではこのように見えるわけではないことは言うまでもありません)。
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もちろん、脳の組織構造については、入れ子状の反復ループ、多感覚統合、脳半球間の相互作用など、興味深い観察結果が数多くあります。しかし、複雑な生物の完全なコネクトームが得られたことは、この分野に携わる誰にとっても根本的に刺激的なことです。脳の適切なシミュレーションがあれば、多くのことが可能になります。これまでの研究では、個々のサブシステムやより小さな脳を再現してきましたが、今回の研究はこれまでで最大かつ最も包括的な特性評価であり、3Dデジタルリソースとして、この分野全体で利用され、引用されることはほぼ間違いないでしょう。
これらのいくつかは人工ニューラルネットワークにも見られます。このように密度の低い脳でこのような複雑な行動がどのように生み出されるのかを研究することで、「おそらく新しい機械学習アーキテクチャのヒントになる」かもしれません。
興味深いことに、成虫のハエの体と動きの詳細な機械モデルは既に存在します。この疑問は明白ですが、答えは「ノー」です。この脳をあの体に移植して、すべてをシミュレートしたとは言えません。しかし、来年には実現するかもしれません。
デヴィン・コールドウェイはシアトルを拠点とする作家兼写真家です。
彼の個人ウェブサイトは coldewey.cc です。
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