被热炒的“赛博果蝇”，真的在模拟大脑行为吗？

一篇新的预印本显示，一个基于线虫连接组的神经网络可以像操控木偶一样驱动一只数字果蝇的身体。这项工作发布的时间距离总部位于旧金山的神经技术公司Eon Systems宣布其已“上传”一只果蝇大脑，并发布该大脑在虚拟世界中控制一个生物力学果蝇模型的视频，仅仅过去了两周。

“在解读这类工作时，我们必须非常谨慎，”华盛顿大学生物学教授Bing Wen Brunton说。她在上周将这篇新的预印本发布在bioRxiv上，以回应Eon Systems的声明。Brunton与她的团队将一个果蝇身体的生物物理模型，与秀丽隐杆线虫的连接组模拟连接起来，并使用深度强化学习训练这个被预印本命名为“数字狮身人面像”的系统行走——而这个系统的“脑”，根本不是果蝇的大脑。

冷泉港实验室助理教授Benjamin Cowley表示，Brunton的工作为那些试图将深度学习与连接组学结合来模拟果蝇行为的研究者提供了一个重要的对照。他说，这让人们可以提出一个问题：“如果我只是构建一个随机连接的连接组，它也能产生同样的行为吗？”

霍华德·休斯医学研究所Janelia研究园区研究组负责人Srinivas Turaga指出，连接组模型的问题在于，它们无法捕捉神经元的生物物理特性，也无法体现调节神经通信的神经递质库，而且这些模型是在没有身体的情况下存在的。

为了解决这些不足，研究人员开始使用深度强化学习，将连接组与行为联系起来。但正如Brunton及其团队所构建的模型所展示的，这种方法在用于模拟生物过程时也存在陷阱。

Brunton说，深度强化学习本质上是一种优化过程，而生物系统并不总是以最优方式运作。她表示，即便模型在生物学上并不真实，这种方法仍然可以“非常好地”捕捉果蝇的行为。

Eon将其果蝇模型建立在三个此前发表的数据集之上：一个名为NeuroMechFly的果蝇身体生物物理模型、一份果蝇大脑连接组数据，以及果蝇视觉系统的一部分。该公司同样使用深度强化学习将这些部分拼接在一起，训练网络去模拟一只会行走的果蝇。但这一视频很快遭到质疑，Turaga表示，以这种方式连接到NeuroMechFly模型上的任何随机网络，都可能生成一只会走路的果蝇。由于Eon尚未公开其构建模型的具体细节，目前尚不清楚该模型是否比随机网络更准确。

Eon Systems的工程负责人Philip Shiu并不完全反对这种看法。他说：“可以说，这并不是一只完整复制的果蝇。我个人可能更倾向于把它称为数字孪生或具身模型。”他补充道：“显然，公司的一部分意图是表明：这是一件非常令人兴奋、很酷的事情，而且不再像过去那样只是科幻。”

Cowley补充说，即便是一个“只有300个神经元的小网络”，也包含足够的信息，使深度学习能够提取出驱动真实行为的模式。“这个网络中有足够的随机性，可以把它映射到果蝇的腿上，并让它们以合理的方式运动。”

Brunton表示，在Eon发布这项工作之前，她就已经了解该公司的研究。去年年初，该公司曾联系她和她的同事、华盛顿大学神经生物学与生物物理学教授、该预印本的研究者之一John Tuthill，希望开展合作，但最终未能实现。Brunton还表示，她在去年的神经科学学会会议上看过Eon关于其虚拟果蝇的海报展示。

她还审阅过多个提出类似项目的基金申请，因此她意识到“很多人都有这个想法”。Brunton和她的团队直到去年12月才启动数字狮身人面像项目。但当Eon的视频发布后，Brunton迅速将团队的模型加入她在上个月计算与系统神经科学（Computational and Systems Neuroscience，COSYNE）年会的报告中，并在飞往会议的途中完成了预印本的撰写。

Tuthill说，这一切活动“只是说明这个领域正在发生很多事情，人们对此充满热情”，“但我们认为我们的角色是让局面冷静下来，从而保持脚踏实地”。

Brunton也同意这一评价，并补充说，他们的论文为越来越多从事这些模型构建与解读的人敲响了警钟。“如果要直说的话，”她说，“这里面有太多不靠谱的东西了。”

作者：Natalia Mesa

译者：EY

https://www.thetransmitter.org/systems-neuroscience/digital-sphinx-raises-questions-about-connectome-models/