ハエの脳は完全再現された？14万ニューロンの全配線図とFlyWire Codex

FlyWireで再構築された約14万個のニューロンからなる成体ショウジョウバエの全脳コネクトーム

2024年、成体のキイロショウジョウバエの脳について、139,255個のニューロンと約5,450万個のシナプス接続を含む全脳コネクトームがNatureで発表されました。小さなハエの頭の中を、ニューロン単位でたどれる「全配線図」が研究資源として使える段階に入ったのです。

ニュースでは「ハエの脳を完全再現」と紹介されることがあります。完成した中心成果は、脳全体のニューロン形態とシナプス接続を記録した配線図です。生きた脳の全活動や分子状態まで再現したシミュレーションとは区別すると、成果の大きさがかえってはっきり見えてきます。

ハエの脳の「全配線図」が完成した

FlyWire Consortiumの主論文は2024年10月2日にオンライン公開され、Nature 634巻に掲載されました。対象は成体メスのキイロショウジョウバエ（Drosophila melanogaster）1個体の脳です。139,255個のニューロンと54.5 million、約5,450万個のシナプス接続が整理されました。注釈研究では8,400種類を超える細胞タイプが同定されています。

FlyWireで再構築された約14万個のニューロンからなる成体ショウジョウバエの全脳コネクトーム
約14万個のニューロンを立体表示したFlyWire全脳コネクトーム。データ：FlyWire.ai／レンダリング：Philipp Schlegel（University of Cambridge/MRC LMB）／CC BY

ショウジョウバエは、見る、におう、聞く、歩く、飛ぶ、場所を覚える、仲間と相互作用するといった行動をします。その制御を担う脳は砂粒より小さい一方、内部の配線は数千万のシナプスに及びます。

項目FlyWire全脳従来のhemibrain
ニューロン139,255約20,000
シナプス約5,450万約1,400万
範囲両側の脳と視葉を含む全脳中央脳を中心とする部分

従来最大級だったhemibrainから、ニューロン数は約7倍、シナプス数は約4倍へ拡大しました。左右の脳と視覚を処理する視葉を一続きに追えるため、局所回路だけでなく脳全体の情報経路を扱えるようになりました。

そもそもニューロン、シナプス、神経回路とは？

ニューロンは神経細胞です。樹状突起などで信号を受け取り、細長い突起を通して別の細胞へ情報を伝えます。ニューロン同士が情報を受け渡す主要な接点がシナプスです。多数のニューロンがシナプスで結び付くと、感覚や行動を処理する神経回路しんけいかいろができます。

ショウジョウバエのニューロンの形とシナプス接続を示したFlyWire全脳コネクトームの図
ショウジョウバエのニューロンの形と接続の例。Dorkenwald et al., Nature 634, 124–138 (2024)／CC BY 4.0。

図を見ると、ニューロンは同じ形の部品が並んでいるのではなく、枝分かれの仕方や伸びる方向が大きく違います。1組のニューロン間にも複数のシナプスがあり得ます。ニューロンを1個ずつ知るだけでは、脳の処理経路は分かりません。「誰が誰につながるか」を全体で記録して初めて、神経回路をネットワークとして調べられます。

コネクトームとは？「完全再現」とは何が違う？

コネクトームは、脳や神経系のニューロンとシナプス接続を体系的に記録した配線図です。FlyWireでは、各ニューロンの3D形態、接続方向、シナプス数、脳領域、細胞タイプ、予測された神経伝達物質などを組み合わせて分析できます。

今回「完成」した主役は全脳規模の構造データです。どのニューロンがどのニューロンへ信号を送れる配置にあるのかを、脳全体でたどれます。これに対して、その瞬間の全ニューロンの電気活動、シナプス強度の時間変化、受容体やイオンチャネルなどの分子状態、学習による変化、個体差までを丸ごと再現したデータではありません。

配線図から動作モデルへ進む研究も始まっています。同じNature特集でShiuらは、コネクトームと神経伝達物質情報を使った全脳規模の単純化モデルを構築し、味覚刺激に対する運動出力やグルーミングに関わる感覚―運動処理について、実験で検証できる予測を示しました。配線図は完成品の「デジタルのハエ」ではなく、機能を予測し実験するための土台です。

なぜショウジョウバエ？14万個のニューロンをどう調べた？

小さいのに複雑な行動をするモデル生物

キイロショウジョウバエは、遺伝学と神経科学で長く使われてきた代表的なモデル生物です。脳は哺乳類よりはるかに小さく、それでも視覚、嗅覚、飛行、歩行、学習、記憶、ナビゲーション、社会行動を支える回路を持ちます。全脳を細胞単位で調べられる規模と、複雑な行動の両方を備えている点が大きな利点です。

全脳コネクトーム研究の対象となったキイロショウジョウバエの成虫
キイロショウジョウバエ（Drosophila melanogaster）。撮影：Mr.checker／Wikimedia Commons／CC BY-SA 3.0。

電子顕微鏡、AI、人間の校正を組み合わせた

出発点は、成体メスの脳を連続した超薄切片として電子顕微鏡で撮影した巨大な画像データです。画像を3D空間で位置合わせし、機械学習による自動セグメンテーションで、細胞の輪郭をつなぎながらニューロン候補を立体再構築しました。

自動処理だけでは、細い枝の取り違えや、別のニューロンとの誤結合が残ります。FlyWireでは研究者、訓練されたproofreader、コミュニティ参加者が再構築を確認し、誤った結合を切り、欠けた枝をつなぐ校正を大規模に行いました。シナプスも自動検出し、校正済みニューロンへ統合しました。AIによる大規模処理と、人間による精密なproofreadingの組み合わせが全脳地図を成立させています。

FlyWireとCodexとは？無料で何ができる？

FlyWireは、電子顕微鏡データからニューロンを再構築し、proofreadingと注釈を進めてきた研究プラットフォームとコミュニティです。FlyWire Codexは、整理されたコネクトームのスナップショットを検索、可視化、解析するWebサービスで、Princeton Neuroscience Instituteが開発・運営しています。

名称役割
FlyWireコネクトームの再構築・校正・注釈を行う研究基盤
FlyWire Codexコネクトームを検索・3D表示・解析するWebサービス
OpenAI CodexAIによるプログラミング支援。FlyWire Codexとは別サービス

Codexは無料で、ソフトのインストールも不要です。2026年現在、Search、Stats、Annotations、Cell Details、3D Viewer、Network Graphs、Pathways、Download Dataなどが用意されています。インタラクティブなアプリ機能はGoogleアカウントでのサインインが必要です。FAQ、About、Sample Queriesなど一部の静的ページはサインインなしで読めます。

通常の公開データ探索にCAVE/FlyWire access tokenは必要ありません。CAVEトークンは、ライブ側のroot ID照合やFlyWire上の個人履歴、保護されたデータへの権限が必要な操作で使います。

Codexには複数のデータセットがあります。2024年のNature全脳コネクトームに対応するのはFlyWire FAFB / Female Adult Fly Brain / v783です。2026年には脳と腹側神経索を含むBANC v888なども公開されているため、FAFB v783は「Codex全体で最も新しいデータセット」という意味ではありません。

実際にFlyWire Codexを触ってみよう

3D探索は画面の広いPCブラウザが使いやすいです。2026年8月時点のCodexでは、次の順でNature 2024の全脳データへ入れます。

  1. FlyWire Codexを開き、Googleアカウントでサインインします。
  2. ナビゲーションのdataset/version selectorでFAFB v783（Female Adult Fly Brain）を選びます。
  3. Searchを開きます。最初は自由文検索でも構いません。
  4. 公式Sample Queriesにある class == olfactory を入力すると、嗅覚クラスに注釈されたニューロンを検索できます。
  5. 検索結果から1個のニューロンを開き、Cell DetailsでID、注釈、入力・出力、接続相手を確認します。
  6. 3D Viewerでニューロンを立体表示します。Neuroglancer上で回転、拡大、表示の追加ができます。
  7. 検索結果やCell DetailsからNetwork Graphsへ進むと、ニューロンをノード、接続をエッジとして表示できます。
  8. PathwaysではsourceとtargetのCell IDを指定し、最短経路上にあるニューロンを調べられます。

検索式を暗記する必要はありません。自由文検索から始め、興味を持ったセルの詳細へ進むだけでも、本物の計測データを十分に探索できます。公式のSample Queriesには、視覚系なら super_class == visual_projection && output_neuropils == LH_R、運動系を含む広い検索なら super_class << sensory, motor、キノコ体の出力ニューロンなら class == MBON && nt_type == GLUT といった、現在のCodexでクリックして結果を確認できる例があります。

FlyWire全脳コネクトームに含まれる感覚入力ニューロンを神経ごとに色分けした3D画像
ハエの脳へ情報を送る約1万7千個の感覚ニューロン。色はニューロンが通る神経の違いを示す。データ：FlyWire.ai／レンダリング：Philipp Schlegel（University of Cambridge/MRC LMB）／CC BY

感覚ニューロンを入口にすると、「外界から入った情報が脳のどこへ届くか」という流れを追いやすくなります。検索結果から1本を選び、3D Viewerで枝をたどり、Cell Detailsで上流・下流の接続相手を見ると、図鑑を読む感覚からネットワークを探索する感覚へ変わります。

ハエの視覚系と中枢脳を結ぶ約8千個の視覚投射ニューロンの3Dレンダリング
視覚系と中枢脳を結ぶ約8千個の視覚投射ニューロン。データ：FlyWire.ai／レンダリング：Philipp Schlegel（University of Cambridge/MRC LMB）／CC BY

視覚投射ニューロンでは、視葉で処理された情報が中枢脳へ入る経路を3Dで追えます。Network Graphsで接続相手を広げ、Pathwaysで2つのCell IDの間を調べると、「AからBまで何段階で情報が届き得るか」を具体的なセル列として確認できます。

ブラウザで実際の科学データを動かす体験に興味があれば、NASAの公開データを使う「第二の地球を探せ！NASA Eyesで系外惑星を3D探索する初心者ガイド」も同じ方向の楽しみ方ができます。

全配線図ができて何が分かった？人間の脳はどこまでできる？

全脳コネクトームがあると、局所的な神経回路だけでなく、左右の脳をまたぐ経路や、感覚入力から運動出力までの連鎖を同じ座標系で追えます。細胞タイプや神経伝達物質の注釈を重ねれば、「形が似ている」「同じ領域にある」だけでなく、接続ネットワークの役割からニューロンを比較できます。

Shiuらは全脳コネクトームを単純化した計算モデルへ変換し、感覚入力から運動ニューロンの活動を予測しました。Seungは視覚系の配線構造を読み解き、未計測ニューロンの視覚機能を予測する方法を示しました。配線図が「次に何を測るか」を決める仮説生成装置として働き始めています。

人間の脳では規模が桁違いです。電子顕微鏡でシナプスを識別できる解像度を保ったまま広大な体積を撮影し、画像を保存し、ニューロンを復元し、誤りを校正する必要があります。FlyWireの主論文も、同じ技術群が哺乳類脳のミリメートル規模の領域へ応用され、全マウス脳の電子顕微鏡再構築を目指す計画が進んでいると述べています。ハエ全脳の成功は、そのまま人間全脳の完成を意味するのではなく、大規模コネクトームを実際の研究基盤として使う方法を実証した点に価値があります。

よくある質問

ハエの脳は本当に完全再現された？
全脳のニューロン形態とシナプス接続を記録したコネクトームが完成しました。全ニューロンの瞬時の電気活動や分子状態まで含む完全シミュレーションとは別です。

FlyWire Codexは無料？
無料です。ソフトのインストールも不要です。

登録なしで使える？Googleアカウントは必要？
FAQやSample Queriesなど静的ページはログインなしで閲覧できます。検索や3D ViewerなどインタラクティブなアプリはGoogleアカウントでのサインインが必要です。

CAVEトークンは必要？
通常の公開データ探索には不要です。ライブ側の権限が必要な特殊操作で使います。

スマートフォンでも使える？
Webサービスなので開けますが、3D表示や複数パネルを使う探索はPCのデスクトップブラウザが見やすいです。

OpenAI Codexと同じ？
別物です。FlyWire Codexはコネクトーム探索サービス、OpenAI Codexはプログラミング支援です。

プログラミング知識は必要？
検索、Cell Details、3D Viewer、Network Graphs、Pathwaysはブラウザから操作できます。プログラミングは必須ではありません。

今見ているニューロンは実際のハエから復元されたもの？
FAFB v783の形態は、成体メスのキイロショウジョウバエの電子顕微鏡画像から再構築されたデータに基づきます。

14万個のニューロンを全部人間が描いた？
自動セグメンテーションで大量の候補を作り、人間が大規模にproofreadingして誤接続や欠落を修正しました。

データはダウンロードできる？
CodexのDownload Dataから、FAFBなどFlyWireの公開データを取得できます。ファイル形式や対象データはダウンロード画面で確認できます。

まとめ

2024年に公開されたFlyWire全脳コネクトームは、成体メスのキイロショウジョウバエの139,255ニューロンと約5,450万シナプス接続を脳全体でたどれる研究資源です。完成したのは全脳の配線図で、そこから機能や情報経路を予測する研究がすでに進んでいます。FlyWire Codexでは、一般の読者もFAFB v783を検索し、ニューロンを3D表示し、接続や経路を無料で探索できます。

参考文献

  1. Dorkenwald, S. et al. “Neuronal wiring diagram of an adult brain.” Nature 634, 124–138 (2024).
  2. Schlegel, P. et al. “Whole-brain annotation and multi-connectome cell typing of Drosophila.” Nature 634, 139–152 (2024).
  3. Shiu, P. K. et al. “A Drosophila computational brain model reveals sensorimotor processing.” Nature 634, 210–219 (2024).
  4. Seung, H. S. “Predicting visual function by interpreting a neuronal wiring diagram.” Nature 634, 113–123 (2024).
  5. FlyWire Codex
  6. FlyWire Codex FAQ
  7. FlyWire Codex Sample Queries
  8. FlyWire Academy
  9. Fly Connectomics Media
  10. Nature Portfolio 日本語ハイライト「脳の配線図」