如果把其中的每一个神经细胞比作一棵长着枝条的树，那么每一个人的大脑都是广袤的森林，由上千亿棵形态各异的树组成。显然，只看零散的几棵树，是难以理解整片森林的。因此，一些科学家提出了一个叫做“连接组”（connectome）的概念，意思是要把森林里所有枝条之间的连接完完整整地全部绘制出来，通过这一宏伟的计划来理解大脑的工作原理。 ***近，***学术期刊《自然》发表的一篇研究论文中，科学家们在连接组学上取得了重要突破。 

 研究人员利用了8条叫做线虫（C. elegans）的小蠕虫，描述出它们的连接组在一生中的变化，为理解人脑如何发育提供了新的洞见。 论文通讯作者之一Mei Zhen博士说：“这是***次在出生到成年的不同发育阶段，把整个脑的结构推断出来并进行比较。我们的新发现对于理解大脑发育成熟的基本原则有重要意义。” 

 相比复杂的人脑来说，线虫的神经系统要简单很多，描述出其中的所有连接相对容易，而控制发育的分子信号有很多共通之处。因此，线虫成为了一种实验室中常用的模式生物。 这种小蠕虫体长仅1毫米，出生时全身只有218个神经元，在幼虫发育阶段结束时新增82个神经元。科学家们给每一个神经元都起了名字，检查每个神经元与其他神经元之间是否形成了叫做“突触”的交会点，也就是“连接”。 

▲一张典型的线虫“连接组”，每个点代表一个神经元，两点之间的线段表示神经元形成连接，连接越多线段越粗

 30多年前，线虫连接组的工作达到了***个里程碑，科学家们生成了***线虫连接组。不过，当时的技术所限，布线图由处于不同发育阶段的多条线虫分别提供了部分连接图组合而成，还不足以揭示个体的差异和神经系统在发育过程中的变化。 历时多年，科学家们从样本制备到图像处理开发了多种新技术，取得了新突破。在此次研究中，研究人员使用先进的连续切片电子显微镜，重建了8条线虫的完整神经系统，并得以了解它们在发育过程中产生的变化。 

 “我们查看了每一个神经元的每一个连接，发现随着动物成熟，增加了许多新的连接。”Zhen教授说，“当我们分析这些计算机网络布线一样的连接时，发现了新增连接所遵循的模式，它们的总体变化服务于一个目的，那就是实现有效的信息处理。” 这些连接组显示，从出生到成体，脑的整体几何形状得以保留，但在稳定一致的支架上，化学突触连接出现重大变化。研究人员发现，刚出生时神经系统的某些结构特性，可以用来准确预测成熟后的神经布线模式。 

▲成体线虫的大脑3D模型，不同颜色代表不同类型的细胞

研究人员还发现，大脑不同部位的连接灵活性并不相同。发育过程中，负责决策的神经环路维持稳定，感觉通路和运动通路大幅重塑。“了解哪个部分具有更强的可塑性，有助于科学家寻找方法避免由于遗传因素而容易出现的某些大脑发育疾病。” 在识别大脑发育的几种关键模式的同时，通过比较不同个体的连接组也发现，每个大脑在连接上有着巨大的差异，这些差异造就了每个大脑的***。

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